山东大学Laser & Photonics Reviews：声表面波辅助铌酸锂晶体周期极化

日前，山东大学晶体材料国家重点实验室刘宏教授、桑元华教授、李妍璐教授与济南量子技术研究院/合肥国家实验室王东周研究员合作，提出了一种基于声表面波辅助的铌酸锂（LN）晶体外加电场极化的铁电畴调控方案。通过在LN晶体表面配置叉指换能器并施加正弦波激励电压，实现了稳定的声表面波输出，并利用声表面波调控极化，明显改善了畴结构的均匀性。声表面波通过激活离子可以获得更高成核密度，用于制备高精度、高灵活性的周期极化铌酸锂晶体，为量子通信、光电对抗、激光显示、生物检测等领域的应用带来新的契机。该研究成果发表在光学领域知名期刊《Laser & Photonics Reviews》（JCR一区，IF=11.3）上。

基于铌酸锂铁电畴结构的周期极化铌酸锂晶体（Periodically poled lithium niobate, PPLN）是非线性倍频、合频、差频、光参量振荡应用的重要器件，其具有频率转换效率高、设计自由、体积小、成本低等优点，可以实现基质晶体透光范围内任何波长的激光输出，现已广泛应用于量子通信、光电对抗、单光子成像等技术领域。因此，精准构建铌酸锂晶体铁电畴结构对于拓展PPLN在可见光和近紫外范围内的非线性频率转换应用具有重要意义。然而，在外加电场极化过程中，特别是小周期（<10 μm）PPLN晶体极化过程中，铌酸锂晶体铁电畴易横向扩张，难以精确控制其畴结构。

图1 声表面波辅助极化装置

LN晶体作为一种优异的压电晶体，可以产生携带能量和动量的声表面波（Surface Acoustic Wave, SAW）。近年来，基于LN晶体的SAW在无线通信、光子学、生物医学、量子科学等领域被广泛关注，研究团队利用铌酸锂晶体压电特性，在晶体表面构建叉指换能器并施加激励电压产生声表面波。借助第一性原理模拟深入分析了声表面波对LN晶体内部形变及内电场的影响，揭示了声表面波对LN铁电畴反转调控的作用机理，即声表面波可以促使局部离子活化，实现对畴结构均匀性的优化，最终实现了对铌酸锂铁电畴的精确调控这项工作为光学超晶格结构的精准制备提供了一条有效的途径，对量子通信、光场调控、激光显示、生物检测等领域具有重要意义。

图2 声表面波对极化过程的影响

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/lpor.202400248

该工作得到了国家自然科学基金委、中国博士后基金会、山东省、山东大学等支持。