Способ формирования доменной структуры в монокристаллической пластине нелинейно-оптического сегнетоэлектрика



Способ формирования доменной структуры в монокристаллической пластине нелинейно-оптического сегнетоэлектрика
Способ формирования доменной структуры в монокристаллической пластине нелинейно-оптического сегнетоэлектрика
Способ формирования доменной структуры в монокристаллической пластине нелинейно-оптического сегнетоэлектрика

 

G02F1 - Устройства или приспособления для управления интенсивностью, цветом, фазой, поляризацией или направлением света, исходящего от независимого источника, например для переключения, стробирования или модуляции; нелинейная оптика (термометры с использованием изменения цвета или прозрачности G01K 11/12; с использованием изменения параметров флуоресценцией G01K 11/32; световоды G02B 6/00; оптические устройства или приспособления с использованием подвижных или деформируемых элементов для управления светом от независимого источника G02B 26/00; управление светом вообще G05D 25/00; системы визуальной сигнализации G08B 5/00; устройства для индикации меняющейся информации путем выбора или комбинации отдельных элементов G09F 9/00; схемы и устройства управления для приборов

Владельцы патента RU 2439636:

Общество с ограниченной ответственностью "Лабфер" (RU)

Изобретение относится к нелинейной оптике. Способ может быть использован для формирования доменной структуры в соответствии с заданным рисунком, например периодической полосовой доменной структуры, в монокристаллической пластине нелинейно-оптического сегнетоэлектрика, например, ниобата лития или танталата лития, а также легированного MgO ниобата лития или танталата лития. Способ включает воздействие высокого напряжения, которое прикладывают между электродами, расположенными на противоположных полярных гранях пластины. Один из электродов выполняется в виде структуры, состоящей из полос определенной конфигурации (полосовой электрод). Перед нанесением электрода на грань пластины, противоположную грани с нанесенным полосовым электродом, наносят дополнительный диэлектрический слой, параметры которого подбираются так, чтобы ограничить боковой рост доменов и уменьшение влияния проводимости, возникающей в процессе формирования доменной структуры. Изобретение позволяет формировать сквозные доменные структуры в монокристаллической пластине нелинейно-оптического сегнетоэлектрика в точном соответствии с рисунком полосового электрода. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к нелинейной оптике и оптоэлектронике, в частности к области нелинейно-оптического преобразования частоты лазерного излучения, и может быть использовано в оптических системах записи и считывания информации, в волоконно-оптической связи, в лазерных проекционных системах, при создании медицинского и научно-исследовательского оборудования.

Формирование доменной структуры в нелинейно-оптическом сегнетоэлектрике является одним из способов создания элементов для преобразования частоты лазерного излучения, например, для создания эффективных недорогих источников лазерного излучения в сине-зеленой части оптического спектра (W.P.Risk, T.R.Gosnell, A.V.Nurmicco. Compact blue-green Lasers. - Cambridge: Cambridge University Press, 2003. - 540 с.) и оптической параметрической генерации излучения (В.Г.Дмитриев, Л.В.Тарасов. Прикладная нелинейная оптика: генераторы второй гармоники и параметрические генераторы света. - М.: Радио и связь, 1982. - 352 с.).

Известен Способ формирования доменной структуры в кристалле калий-титанил-фосфата для нелинейного преобразования частоты лазерного излучения (патент РФ №2044337 C1, МПК7 C30B 33/02, C30B 33/04, C30B 33/00, H01L 41/00, C30B 29/30), путем создания доменной структуры, состоящей из сегнетоэлектрических доменов противоположной ориентации с периодом, определяемым разностью волновых векторов излучения основной и преобразованной частоты. На поверхность кристалла наносят пленку из материала, имеющего коэффициент теплового расширения и значение электропроводности, отличные от тех же параметров кристалла, а доменную структуру формируют либо с помощью нагрева до 850°C и охлаждения до комнатной температуры, либо только путем охлаждения кристалла калий-титанил-фосфата ниже комнатной температуры. Из-за разницы коэффициентов теплового расширения между диэлектриком и кристаллом в подложке возникают растягивающие и сжимающие механические напряжения, приводящие, вследствие пьезоэлектрического эффекта, к возникновению знакопеременного электрического поля, имеющего компоненту, направленную противоположно вектору спонтанной поляризации кристалла. Создаваемые по данному способу доменные структуры являются приповерхностными, что не позволяет использовать их для создания источников лазерного излучения высокой мощности из-за оптического повреждения, вызванного высокой плотностью лазерного излучения. Кроме того, данный способ использует тот факт, что высокая проводимость калий-титанил-фосфата (в 103-104 раз больше, чем у ниобата лития), препятствует образованию доменов в области, не покрытой пленкой. Это не позволяет использовать данный способ в материалах с низкой проводимостью, например в ниобате лития или танталате лития, которые являются более перспективными для нелинейно-оптических применений.

Известен Способ формирования доменных структур в ниобате лития прямой записью сфокусированным электронным пучком (H.Ito, C.Takyu, H.Inaba. Fabrication of periodic domain grating in LiNbO3 by electron beam writing for application of nonlinear optical processes. Electronics Letters, 1991, V.27, P.1221-1222). В данном способе на одну из полярных поверхностей (+z) пластины нелинейно-оптического сегнетоэлектрика ниобата лития наносят слой хрома. На вторую полярную поверхность воздействуют сфокусированным электронным пучком. При этом в месте воздействия пучка образуется домен с противоположным направлением поляризации. Задавая путь перемещения сфокусированного электронного пучка по поверхности, можно создавать доменную структуру определенной конфигурации. Недостатками способа являются: 1) невозможность поляризовать кристаллы толщиной более 0,5 мм, 2) невозможность создавать доменные структуры на площади более нескольких квадратных миллиметров, и 3) сравнительно большое время необходимое для создания доменных структур.

Известна группа способов формирования доменной структуры в монокристаллической пластине нелинейно-оптического сегнетоэлектрика, которые используют формирование электродов на противоположных полярных поверхностях пластины, хотя бы один из которых представляет собой полосовой электрод и выполняется по определенному рисунку (конфигурации) и последующее приложение электрического напряжения к электродам. Полосовой электрод выполняется в виде напыленных полос проводящего (металлического) материала, либо полосовых окон в диэлектрическом слое при использовании в качестве электрода жидкого электролита.

Например, известен Способ формирования доменной структуры в монокристаллической пластине нелинейно-оптического сегнетоэлектрика с помощью приложения электрического поля к полярным поверхностям пластины, на одну из которых нанесен диэлектрический слой, выполненный определенным рисунком (Патент США 5756263, G03C 5/00, опубликованный 26.05.1998). Согласно этому способу на одной из полярных поверхностей наносят диэлектрический слой, в котором с помощью известных технологий фотолитографии формируется рисунок. К полярным поверхностям пластины прикладывают электроды (например, в виде жидкого электролита) и прикладывают электрическое поле определенной величины и длительности, достаточные для того, чтобы осуществить переключение спонтанной поляризации.

Полосовой электрод также может формироваться в виде металлических полос, например в способе, описанном в патенте США 5193023, G02F 1/03; G11C 11/22, опубликованном 09.03.1993 (прототип, описан ниже).

Основной проблемой рассматриваемой группы методов является несоответствие ширины формируемых доменов ширине полос электрода. Уширение доменов за пределы отдельных полос полосового электрода обусловлено двумя возможными причинами: 1) влиянием краевого электрического поля в промежутке между полосами электрода и 2) боковым ростом доменов на стороне пластины, покрытой сплошным электродом после прорастания сквозь толщину кристалла.

Так как характерная величина периода полос составляет от единиц до десятков микрон, краевые эффекты оказывает существенное влияние на распределение электрического поля в приповерхностном слое и приводит к боковому росту доменов в промежутке между полосами электрода.

Боковой рост доменов также наблюдается и после их прорастания в полярном направлении (достижения поверхности, которая покрыта сплошным электродом). При характерной толщине используемых пластин от 0.1 до 2 мм электрическое поле вблизи второй поверхности становится практически однородным, поэтому рост доменов не ограничивается размерами полос полосового электрода.

Были предложены методы борьбы с краевым полем. Например, известен способ формирования доменной структуры, согласно которому уменьшение краевого поля достигается нанесением диэлектрического материала поверх сформированного полосового электрода и приложением одинакового электрического напряжения к полосовому электроду и поверхности диэлектрического материала относительно сплошного электрода на противоположной стороне пластины (патент США 5800767, G02F 1/355, опубликован 01.09.1998). Также известен Способ, согласно которому уменьшение краевого поля достигается за счет помещения поверхности с нанесенным полосовым электродом в условия вакуума (патент США 5594746, G02F 1/355, опубликованный 14.01.1997).

Известен также Способ, согласно которому на поверхность пластины с полосовым электродом воздействуют, по меньшей мере, одиночным импульсом лазерного излучения, обеспечивающим неоднородный нагрев поверхностного слоя пластины и образование под полосовым электродом приповерхностных доменов при последующем охлаждении после окончания импульса лазерного излучения, а высокое напряжение прикладывают между электродами одновременно или после воздействия импульса лазерного излучения, в результате чего формируется доменная структура, состоящая из сквозных доменов в точном соответствии с рисунком полосового электрода (патент РФ 2371746, C30B 33/00, опубликованный 27.10.2009). Согласно этому способу в результате нагрева и последующего охлаждения приповерхностного слоя пластины знак проекции пироэлектрического поля на полярную ось между полосами полосового электрода препятствует переключению поляризации, что приводит к подавлению роста формирующихся приповерхностных доменов за пределы электродов.

Известен способ подавления роста доменов, согласно которому сначала с помощью формирования доменной структуры и последующего травления на обеих поверхностях пластины формируются метки совмещения, а затем с использованием сформированных меток совмещения методом фотолитографии на обеих поверхностях пластины формируется рисунок в слое фоторезиста, состоящий из отдельных свободных от фоторезиста полос, так, чтобы полосы на одной поверхности соответствовали полосам на другой поверхности. Затем полосы используются для формирования доменной структуры с помощью приложения электрического напряжения через жидкий раствор электролита (патент США 7115513, H01L 21/302, опубликованный 03.10.2006). Предложенный способ требует выполнения нескольких операций фотолитографии с прецизионным совмещением рисунка на двух поверхностях пластины, что сложно в реализации, требует увеличения затрат времени и материалов и результат в большей степени подвержен влиянию возможных дефектов фотолитографии.

Известно, что применение в качестве монокристалла нелинейно-оптического сегнетоэлектрика ниобата лития, легированного MgO (5 моль %) позволяет получить на выходе излучение в сине-зеленом диапазоне оптического спектра с большой выходной мощностью, так как легирование существенно увеличивает порог фоторефрактивного оптического повреждения (Y.Furukawa, K.Kitamura, S.Takekawa, A.Miyamoto, M.Terao, and N.Suda. Photorefraction in LiNbO3 as a function of [Li]/[Nb] and MgO concentrations, Applied Physics Letters, 2000, V.77, N.16, pp.2494-2496). Однако известно, что такие монокристаллы обладают повышенной объемной проводимостью в монодоменном состоянии, а формирование доменной структуры приводит к увеличению проводимости по доменным стенкам на несколько порядков величины. Неоднородная проводимость приводит к существенному изменению распределения электрического поля и усиливает разрастание доменов на поверхности, покрытой сплошным электродом (K.Mizuuchi, A.Morikawa, T.Sugita and K.Yamamoto. Polarization-switching-induced resistance change in ferroelectric Mg-doped LiNbO3 single crystals, Electronics Letters, 2004, V.30, N.13, pp.819-820). Кроме того, высокие значения проводимости не позволяют прикладывать к электродам высокое напряжение из-за ограничений выходной мощности высоковольтного усилителя и возможности повреждения кристалла высокой плотностью тока.

Известен Способ формирования доменной структуры в монокристаллах ниобата лития легированного 5 моль % MgO (K.Mizuuchi, A.Morikawa, T.Sugita, and K.Yamamoto. Electric-field poling in Mg-doped LiNbO3. Journal of Applied Physics, 2004, V.96, N.11, pp.6585-6590). По этому способу боковой рост доменов может быть подавлен с помощью использования более толстых пластин (например, 2 мм вместо 1 мм) и приложения серии коротких импульсов высокого напряжения. При этом домены не дорастают до поверхности пластины, покрытой сплошным электродом. Однако этот метод имеет ряд недостатков: 1) увеличение толщины пластины ведет к увеличению ее стоимости; 2) с ростом толщины приходится увеличивать прикладываемое напряжение, что приводит к необходимости использовать более высоковольтный усилитель и увеличивает вероятность пробоя; 3) несквозная доменная структура приводит к уменьшению рабочей апертуры элемента для преобразования длины волны по толщине (например, в случае использования пластины с толщиной 2 мм эффективное преобразование наблюдается только до глубины 300 микрон, что недостаточно для преобразования свободного лазерного излучения (без применения приповерхностных волноводных структур).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к настоящему способу является Способ формирования доменной структуры в нелинейно-оптической пластине сегнетоэлектрика с помощью электрического поля (Патент США 5193023, G02F 1/03; G11C 11/22, опубликованный 09.03.1993) (прототип). Способ включает следующие этапы: сначала, на противоположных полярных поверхностях пластины формируют электроды, хотя бы один из которых представляет собой полосовой электрод и выполняется по определенному рисунку (конфигурации). Затем к электродам прикладывают напряжение, приводящее к формированию доменной структуры в соответствии с конфигурацией полосового электрода. Варианты способа предусматривают приложение постоянного напряжения или импульса напряжения между электродами.

Согласно этому способу приложение электрического напряжения между электродами приводит к изменению направления спонтанной поляризации сегнетоэлектрика и формированию доменов в областях, покрытых электродами, соответствующих рисунку электрода. Известная технология фотолитографии позволяет создавать произвольный рисунок электрода с высокой точностью и воспроизводимостью.

Дополнительное нанесение диэлектрической пленки перед нанесением электрода, выполненного в виде определенного рисунка, позволяет избежать повреждения кристалла при прохождении тока в процессе приложения электрического напряжения.

Защищен также вариант, предусматривающий дополнительный нагрев образца до температуры в диапазоне от 150 до 1200°C для уменьшения величины коэрцитивного поля.

Недостатком прототипа является уширение образующихся доменов за пределы отдельных полос полосового электрода, в частности, из-за разрастания доменов на поверхности пластины, покрытой сплошным электродом, что не позволяет создавать домены с геометрическими параметрами (формой и размерами), точно соответствующими рисунку электрода, а также ограничивает минимальный период доменной структуры (2 мкм). Кроме того, в ниобате лития, легированном MgO, за счет пространственной неоднородности легирования, формирование доменов под полосовым электродом происходит не одновременно, что приводит к разрастанию доменов, образовавшихся ранее других, за пределы отдельных полос электрода, в то время как домены, образовавшиеся позднее, еще не достигают краев отдельных полос электрода, что ухудшает однородность формируемой доменной структуры. Также, данный метод плохо применим для формирования доменной структуры в монокристаллических пластинах ниобата лития, легированного MgO из-за высокой проводимости, возникающей в процессе формирования структуры.

Таким образом, задачей изобретения является создание способа одновременного формирования прецизионной доменной структуры в монокристаллической пластине нелинейно-оптического сегнетоэлектрика с геометрическими параметрами, соответствующими рисунку полосового электрода и воспроизводимыми с нанометрической точностью с подавлением роста доменов на поверхности пластины, покрытой сплошным электродом и уменьшением влияния объемной проводимости, возникающей в процессе формирования доменной структуры.

Предлагаемый нами Способ формирования доменной структуры в монокристаллической пластине нелинейно-оптического сегнетоэлектрика включает воздействие на нее высокого напряжения, приложенного между электродами, расположенными на противоположных полярных гранях пластины, причем один из них выполняют в виде полос определенной конфигурации (полосовой электрод) для формирования доменной структуры соответствующей конфигурации, отличающийся тем, что перед нанесением электрода на полярную грань, противоположную полосовому электроду, дополнительно наносят слой диэлектрического покрытия.

В качестве электродов можно использовать нанесенную на поверхность тонкую металлическую пленку металла, например Al, W, Ta, Ti, Ni, NiCr, Cr, или жидкий электролит, нанесенный поверх слоя диэлектрика, в котором сформирован требуемый рисунок.

В качестве нелинейно-оптического сегнетоэлектрика можно использовать ниобат лития или ниобат лития, легированный MgO, а также танталат лития или танталат лития, легированный MgO.

Параметры слоя диэлектрического покрытия (материал слоя, толщина) подбирают в зависимости от параметров используемого сегнетоэлектрика так, чтобы ограничить выход доменов на поверхность пластины, покрытую сплошным электродом.

Сущность изобретения поясняется следующим образом. Монокристаллический нелинейно-оптический сегнетоэлектрик, например ниобат лития или танталат лития, является материалом, имеющим в некотором диапазоне температур спонтанную поляризацию, направление которой можно изменять с помощью приложения электрического поля. Спонтанная поляризация в таких материалах может быть ориентирована только в определенных направлениях вдоль одной или более полярных осей. В частности, ниобат лития и танталат лития являются одноосными сегнетоэлектриками, и имеют только два возможных направления спонтанной поляризации. Переключение поляризации в таких сегнетоэлектриках происходит за счет формирования и роста доменов - областей с противоположным направлением поляризации.

Для формирования доменов на противоположные полярные грани пластины монокристаллического нелинейно-оптического сегнетоэлектрика, вырезанной перпендикулярно полярной оси, наносят электроды, причем один из них выполняют в виде структуры, состоящей из полос определенной конфигурации (полосовой электрод), причем перед нанесением электрода на грань пластины, противоположную полосовому электроду, наносят слой диэлектрического покрытия. Слой диэлектрического покрытия может представлять собой, например, слой фоторезиста или другого полимерного материала, нанесенного методом центрифугирования, напыленный слой диэлектрика Al2O3, SiO2, SiOx, Si3N4 или слой другого материала, способного обеспечить электрическую изоляцию, достаточную адгезию и стойкость, чтобы обеспечить нанесение электрода поверх него.

Электроды могут наноситься в виде металлической пленки, в которой с помощью известных методов фотолитографии формируется требуемый рисунок. Например, на поверхность пластины может наноситься тонкая пленка Al, W, Ta, Ti, Ni, NiCr или Cr. Затем на ее поверхности методами фотолитографии формируется рисунок в пленке фоторезиста и через образовавшиеся окна в фоторезисте производится травление металла химическими методами или с помощью реактивно-ионного травления. Также электроды могут выполняться нанесением на грань пластины слоя диэлектрика, формирования в нем окон с помощью известных методов фотолитографии и нанесения жидкого электролита поверх слоя диэлектрика так, чтобы жидкий электролит касался поверхности пластины в окнах диэлектрического слоя.

Для формирования доменной структуры прикладывают электрическое напряжение между электродами, нанесенными на разные грани пластины. В результате приложения электрического поля под краями полосового электрода на поверхности пластины формируются домены, растущие в глубину пластины (V.Ya.Shur. Kinetics of Ferroelectric Domains: Application of General Approach to LiNbO3 and LiTaO3. Journal of Materials Science, 2006, V.41, N.1, pp.199-210). При приближении доменов к противоположной поверхности пластины происходит их торможение за счет того, что дополнительный диэлектрический слой затрудняет компенсацию связанных зарядов перераспределением носителей заряда в электроде (внешнее экранирование). В результате в области роста домена возникает нескомпенсированное деполяризующее поле, затрудняющее выход домена на поверхность сегнетоэлектрической пластины и дальнейший боковой рост. Наличие такого эффекта подтверждается проведенными ранее экспериментами по формированию заряженных доменных стенок в монокристаллах ниобата лития (V.Ya.Shur, E.L.Rumyantsev, E.V.Nikolaeva, E.I.Shishkin. Formation and Evolution of Charged Domain Walls in Congruent Lithium Niobate. Applied Physics Letters, 2000, V.77, N.22, pp.3636-3638). Характерное расстояние от поверхности пластины, на котором прекращается рост доменов, зависит от параметров слоя диэлектрического материала и составляет от долей до нескольких единиц микрон. Следовательно, при типичной толщине пластин 0.5-1 мм не происходит существенного уменьшения рабочей апертуры элемента для преобразования длины волны излучения, изготовленного на основе полученной доменной структуры. Таким образом, в предложенном способе достигается ограничение бокового роста доменов за пределы полос полосового электрода.

Кроме того, нанесенный слой диэлектрического материала ограничивает величину тока проводимости в процессе формирования доменной структуры, что значительно упрощает контроль процесса создания доменной структуры по сравнению с прототипом.

В качестве нелинейно-оптического сегнетоэлектрика можно использовать, например, ниобат лития или ниобат лития, легированный MgO. Ниобат лития является одним из материалов, наиболее широко используемых в нелинейной оптике за счет большого значения нелинейно-оптического коэффициента. Важно отметить, что освоено промышленное производство пластин ниобата лития оптического качества диаметром до 100 мм. Легирование ниобата лития MgO существенно увеличивает порог оптического повреждения, что позволяет применять его для управления параметрами излучения мощных лазеров.

В качестве нелинейно-оптического сегнетоэлектрика можно использовать, например, танталат лития или танталат лития, легированный MgO. Танталат лития также широко применяется в нелинейной оптике за счет большого значения нелинейно-оптического коэффициента. Имеется промышленное производство пластин танталата лития оптического качества диаметром до 76 мм. Легирование танталата лития MgO существенно увеличивает порог оптического повреждения, что позволяет, например, применять его для создания мощных лазеров, излучающих в сине-зеленой и ближней ультрафиолетовой частях спектра.

Для реализации способа выбирают такие параметры диэлектрического слоя и прикладываемого напряжения, которые приводят к ограничению бокового роста доменов и уменьшению влияния проводимости, возникающей в процессе формирования доменной структуры.

На Фиг.1 представлена схема реализации способа: 1 - пластина нелинейно-оптического сегнетоэлектрика с полосовым электродом 2, нанесенным на одну из поверхностей, и сплошным электродом 3, нанесенным на противоположную поверхность поверх диэлектрического слоя 4. Формирование доменной структуры происходит при приложении высокого напряжения 5 между электродами 2 и 3, нанесенными на поверхности пластины 1 с диэлектрическим слоем 4. При этом через пластину протекает электрический ток 6.

Изобретение поясняется примерами реализации предлагаемого способа.

Пример 1.

В качестве монокристаллической пластины нелинейно-оптического сегнетоэлектрика берут плоскопараллельную монокристаллическую пластину ниобата лития, легированного 5% MgO, толщиной 1 мм и диаметром 76 мм, вырезанную перпендикулярно полярной оси и отполированную с обеих сторон. На Z+ поверхности пластины известным методом фотолитографии формируют полосовой электрод толщиной 100 нм, состоящий из полос шириной 1.5 мкм, расположенных с периодом 6.95 мкм. При этом размеры области, на которую наносится полосовой электрод, составляют, например, 5×10 мм. Полосы электрода ориентируют вдоль Y кристаллографического направления пластины. В качестве материала электродов используют Cr. Материал полосового электрода наносят непосредственно на поверхность с помощью электронно-лучевого испарения в вакууме. На вторую полярную грань пластины (напротив полосового электрода) наносят слой диэлектрика, например слой SiO2 толщиной 2 мкм с помощью электронно-лучевого испарения в вакууме. Затем на диэлектрик наносят сплошной электрод из Cr толщиной 100 нм также методом электронно-лучевого испарения в вакууме.

К электродам прикладывают программируемую серию однополярных прямоугольных импульсов высокого напряжения амплитудой 4 кВ и длительностью 20 мс с помощью высоковольтного усилителя с максимальной величиной выходного тока 20 мА. В результате приложения электрического напряжения образуются, разрастаются и прорастают вглубь пластины приповерхностные домены. При этом диэлектрический слой, нанесенный перед нанесением сплошного электрода, препятствует протеканию тока проводимости, что позволяет при прочих равных условиях точно задавать форму прикладываемого напряжения и предотвращает повреждение пластины от воздействия тока проводимости.

На Фиг.2 показаны зависимости напряжения U (линии 9 и 10) и тока j (линии 7 и 8), протекающего через пластину в течение одного импульса в процессе формирования доменной структуры при наличии диэлектрического слоя (линии 8 и 9) и без него (линии 7 и 10). Наличие диэлектрического слоя приводит к существенному уменьшению величины тока (меньше максимальной величины выходного тока усилителя). Это позволяет приложить к пластине заданную величину напряжения, так как не происходит перегрузки высоковольтного усилителя. Применение высоковольтного усилителя с существенно более высоким значением максимального выходного тока не оправдано, так как такой усилитель был бы более сложным и обладал бы большей стоимостью, а также с тем, что пропускание больших значений токов приводит к растрескиванию пластины от локального разогрева, связанного с протеканием тока.

На Фиг.3 показана зависимость среднего значения тока jav, протекающего через пластину в течение одного импульса от числа приложенных импульсов напряжения N в процессе формирования доменной структуры при наличии диэлектрического слоя (линия 12) и без него (линия 11). На каждой из зависимостей вертикальной штриховой линией обозначен момент окончания переключения, когда вся площадь пластины под полосовым электродом уже покрыта периодическими доменами. Применение диэлектрического слоя позволило существенно уменьшить количество импульсов прикладываемого напряжения и сократить время формирования доменной структуры.

В результате в объеме пластины формируется структура, состоящая из периодически расположенных сквозных полосовых доменов, в соответствии с рисунком полосового электрода.

Пример 2.

В качестве монокристаллической пластины нелинейно-оптического сегнетоэлектрика берут плоскопараллельную монокристаллическую пластину конгруэнтного ниобата лития толщиной 1 мм и диаметром 76 мм, вырезанную перпендикулярно полярной оси и отполированную с обеих сторон. На Z+ поверхности пластины известным методом фотолитографии формируют слой позитивного фоторезиста толщиной 2 мкм с рисунком в виде полосовых окон шириной 1.7 мкм, расположенных с периодом 6.78 мкм и играющим роль полосового электрода. При этом размеры области, на которую наносится полосовой электрод, составляют, например, 5×10 мм. Полосы в слое фоторезиста ориентируют вдоль Y кристаллографического направления пластины. На вторую полярную грань пластины (напротив слоя фоторезиста с полосовыми окнами) наносят слой фоторезиста толщиной 2 мкм, для формирования диэлектрического слоя.

Затем на обе поверхности пластины прикладывают электроды. В качестве материала электродов используют жидкий электролит, представляющий из себя насыщенный водный раствор LiCl.

К электродам прикладывают программируемый импульс высокого напряжения амплитудой 10.5 кВ и длительностью приложения максимального значения напряжения 200 мс с помощью высоковольтного усилителя. В результате приложения электрического напряжения образуются, разрастаются и прорастают вглубь пластины приповерхностные домены в соответствии с окнами в фоторезисте. При этом диэлектрический слой в виде фоторезиста, нанесенный на противоположную сторону, препятствует прорастанию образовавшихся доменов непосредственно до поверхности пластины, что позволяет подавить их разрастание за пределы полос и сформировать в объеме пластины доменную структуру, состоящую из периодически расположенных сквозных полосовых доменов, в соответствии с рисунком полосового электрода.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет формировать сквозные доменные структуры, в монокристаллической пластине нелинейно-оптического сегнетоэлектрика в точном соответствии с рисунком полосового электрода, существенно уменьшая влияние тока проводимости, возникающей в процессе формирования доменной структуры.

1. Способ формирования доменной структуры в монокристаллической пластине нелинейно-оптического сегнетоэлектрика путем воздействия на нее высокого напряжения, приложенного между металлическими электродами, расположенными на противоположных полярных гранях пластины, причем один из них выполнен в виде структуры, состоящей из полос определенной конфигурации (полосовой электрод) для формирования доменной структуры соответствующей конфигурации, отличающийся тем, что перед нанесением электрода на полярную грань, противоположную полосовому электроду, дополнительно наносят слой диэлектрического покрытия.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве электродов используют нанесенную на поверхность тонкую металлическую пленку металла, например Al, W, Та, Ti, Ni, NiCr или Cr.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве электродов используют жидкий электролит, нанесенный поверх слоя диэлектрика, в котором предварительно создан требуемый рисунок.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве нелинейно-оптического сегнетоэлектрика используют ниобат лития.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве нелинейно-оптического сегнетоэлектрика используют ниобат лития, легированный MgO.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве нелинейно-оптического сегнетоэлектрика используют танталат лития.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве нелинейно-оптического сегнетоэлектрика используют танталат лития, легированный MgO.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что выбирают такие параметры диэлектрического слоя и прикладываемого напряжения, которые приводят к ограничению бокового роста доменов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к сверхвысокочастотной оптоэлектронике. .

Изобретение относится к многослойным стеклам, обладающим функциональными возможностями. .

Изобретение относится к области волоконно-оптической техники и может быть использовано для увеличения ее пропускной способности. .

Изобретение относится к жидкокристаллическому дисплейному устройству. .

Изобретение относится к оптическим наноустройствам переключения и может быть использовано в волоконно-оптических системах передачи (ВОСП) информации для коммутации каналов передачи информации.

Изобретение относится к оптическим наноустройствам переключения и может быть использовано в волоконно-оптических системах передачи информации для коммутации каналов передачи информации.

Изобретение относится к области магнитной микроэлектроники, в частности к прикладной магнитооптике, и может быть использовано для записи термомагнитооптическим способом информации как в цифровом, так и в аналоговом режимах.

Изобретение относится к области защитного оборудования и может быть использовано при защите от светового излучения высокой интенсивности. .

Изобретение относится к видеотехнологиям. .

Изобретение относится к области оптоэлектроники
Экран // 2439638
Изобретение относится к области эргономики, а именно к конструкциям оптических экранов

Изобретение относится к подложкам активной матрицы

Изобретение относится к области оптоэлектроники и может быть использовано в оптических системах для адаптивной трансформации фазовой модуляции оптического излучения в модуляцию мощности

Изобретение относится к жидкокристаллическим дисплейным устройствам

Изобретение относится к активному устройству (100) с изменяемыми свойствами пропускания энергии/света, которое содержит активную систему (1, 12) между защитной подложкой (2) и защитным покрытием (3), которую выбирают из, по существу, неорганической электрохромной системы, системы световых клапанов, жидкокристаллической системы, газохромной системы, термохромной системы, а также содержит средство обеспечения непроницаемости для воды в жидкой форме и/или водяного пара и обрамление (50), состоящее из, по меньшей мере, одной части (5а, 5b) на основе металла, расположенной по периферии устройства, причем сборку обрамления с упомянутыми покрытием и подложкой выполняют при помощи средств (61'-64') установки, образующих, по меньшей мере, часть средства обеспечения непроницаемости для воды в жидкой форме и водяного пара
Наверх