The paper presents the results of an experimental study of the local polarization reversal and creation of domains by a biased tip of scanning probe microscope (SPM) in lithium niobate single crystals of congruent composition with a surface layer modified by soft proton exchange (SPE). The depth dependence of H+ ions concentration in the SPE-modified layer measured by confocal Raman microscopy demonstrates a sufficient composition gradient. The creation of isolated domains and stripe domain structures has been done by two switching modes: (1) point switching by field application in separated points and (2) line scanning switching by motion of the biased tip being in contact with the sample surface. For point switching for pulse durations less than 10s, the logarithmic dependence of the domain diameter on the pulse duration was observed. The change of the dependence to a linear one for pulse duration above 10s has been attributed to the transition from the stochastic step generation at the domain wall to the deterministic one at the domain vertexes. The periodical structure of stripe domains was created in SPE CLN planar waveguides by scanning at elevated temperature. The revealed switching regime suppresses electrostatic interaction of neighboring domains and leads to a significant improvement of the domain structure regularity. The creation of the stable periodical domain structure with submicron periods in SPE CLN planar waveguides was demonstrated.

Pb(Zr1-xTix)O3 (PZT)由于具有优异的综合性能而成为应用最广泛的压电陶瓷。之前研究工作证明了与直流极化(DCP)和交流极化(ACP)相比, 采用交流极化和直流极化相结合的方法能进一步提高弛豫铁电单晶材料的压电性能。本工作报道了直流极化、交流极化和交流极化+直流极化后PZT-4压电陶瓷的介电性能和压电性能, 探究了直流极化、交流极化和交流极化+直流极化的最佳极化条件。在最佳交流极化+直流极化条件下, PZT-4 压电陶瓷的压电常数(d33)为350 pC/N, 相比直流极化(305 pC/N)、交流极化(320 pC/N)分别提高了15%和9%。交流极化后的PZT-4陶瓷样品的应变值(0.08%)高于进行直流极化样品的(应变值0.05%), 表明交流极化可以有效提高PZT-4陶瓷的应变值, 但是交流极化后应变曲线的滞后增大不利于器件应用, 交流极化对硬性压电陶瓷的影响还需要进一步探讨。

组成与结构呈特定分布的微结构可控印刷是实现小型化、集成化非线性光学器件的关键技术。本工作以镍网为阳极并以钠钙玻璃(SLG)为盖玻片,通过显微热极化工艺印刷出在微米尺度下具有空间和几何可控的二阶非线性光学性能的SLG。微结构的二次谐波生成(SHG)与显微热极化过程中SLG样品、镍网和SLG盖玻片之间所形成的阳极夹层的介质阻挡放电(DBD)密切相关。结果表明:DBD诱导了SLG样品和覆盖层中强度呈几何形状分布的内部电场;能量色散X射线光谱和Raman光谱证实微结构SHG图案的产生归因于SLG的Na ⁺重新分布和结构重排引起的内部电场。该显微热极化技术适合于制备非线性光学元件。

搭建了可以连续控制基频光、倍频光偏振夹角的实验平台, 并实现了一系列锗硅玻璃样品的全光极化。极化效果和极化方向由内建电场的大小和方向所决定, 研究了两者与极化光束偏振态以及强度之间的关系。所获得的实验结果基本与经典模型及其推论相一致, 但同时也发现了两者在定量方面的差异, 包括局部变化趋势、角度大小等, 这进一步说明了全光极化过程的复杂性。实验发现, 当基频光与倍频光平行偏振时, 极化过程效果最优; 同时, 极化过程对极化光束的强度也非常敏感。

用多载流子模型分析了D型石英光纤的热极化过程及耗尽层的形成, 分析了氢离子注入及钠离子耗尽层的形成。并把正负电荷的交界处类比为pn结, 分别计算了所形成的内建电场大小。最终得出极化完成后石英光纤的二阶非线性效应主要由钠离子的耗尽形成, 计算出的内建电场大小约为108V/m, 由此算出的二阶非线性系数的数值在0.10~0.60pm/V, 和实验报道数值符合较好。

基于热极化光纤设计了电调谐光纤布拉格光栅。通过光纤热极化二维载流子模型分析了热极化致内建电场的形成。结合紫外光在热极化光纤二阶非线性周期性擦除以及在光纤光栅制作中的作用, 设计了周期性极化的布拉格光纤光栅。研究结果表明, 利用非线性擦除区域与非线性区域电致折射率改变的不同, 调节光栅的折射率差, 可以实现电调谐光纤光栅。针对电调谐光纤光栅, 研究了一定电压下初始折射率差、光栅长度对反射率的影响。文中结论对于光纤光栅在全光纤器件方面的应用具有重要参考价值。

采用热极化技术对掺锗玻璃条形光波导进行极化，通过光纤连接 (单模) 的Mach Zehnder Interferometer 系统测量条形波导内诱导出的电光效应，系统地研究了大气环境下极化条件（极化温度、极化时间、极化电压）对电光效应的影响.结果表明：在最佳极化条件下（406℃、-2.4 kV、20 min），波导内的电光系数为rTM=0.059±0.001 pm/V, rTE=0.053±0.001 pm/V，且波导结构中存在一个较低的阈值极化电压（100 V）和阈值极化温度（80℃），此时在波导样品内仍能被激发出可观察的电光效应；实验还发现采用负极化诱导方式产生的电光系数较正极化提高15%左右.

提出并制造一种新颖的椭圆芯中空光纤，采用热极化方法使其具有高二阶非线性，可用作相位调制器。该光纤在300 ℃温度、大于1×108 V/m强电场和9 cm有效电极长度条件下热极化30 min后，产生大的线性电光相移。基于双椭圆芯中空光纤构建一种纤内马赫曾德尔干涉仪，通过观察干涉条纹的移动来评估相移，最终得到1.16 pm/V的高二阶非线性系数和0.52 pm/V的线性电光系数。该技术具有简单、灵活的特点，可以用来制作高电光系数器件，降低制作成本，并能进一步提高全光纤器件的集成度。

为探索不同的极化条件对分子取向的影响，用旋涂法制备了偶氮主客体掺杂薄膜，并用电晕极化的方法分别在不同温度和厚度条件下使分子取向，通过测量极化前后紫外-可见吸收谱，研究了平均取向因子的变化，并和二次谐波产生结果进行了比较。实验结果表明：对于厚度相同的偶氮薄膜，随着温度的升高，平均取向因子增大，但二次谐波信号强度先增大后减小；温度越接近聚合物玻璃转变温度，分子越容易取向，但温度过高，聚甲基丙烯酸甲酯变为粘滞态，部分偶氮分子容易在高温下蒸发掉，导致二次谐波信号强度降低，而平均取向因子增大；随着薄膜厚度的增大，针-板电极电场造成薄膜内部电场分布的不均匀性增加，极化效率降低，平均取向因子不断减小,二次谐波信号强度先增大后减小。