日前，济南量子技术研究院与山东大学合作，设计并构建了一种实时监测装置用于探究周期极化铌酸锂（PPLN）晶体的铁电畴反转动力学，并通过设计新型微纳电极结构，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。该研究成果发表在国际著名期刊《Small》（JCR一区，IF=13.281）上，文章第一作者为济南量子技术研究院与山东大学联合培养博士生刘齐鲁，通讯作者为研究院王东周副研究员、刘宏研究员和山东大学桑元华教授。

光学超晶格晶体是一种重要的非线性光学频率转换晶体，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。基于铌酸锂铁电畴的光学超晶格结构（周期极化铌酸锂，PPLN）是非线性倍频、合频、差频、光参量振荡应用的重要器件，广泛应用于量子通信、光电对抗、单光子成像等技术领域。但是由于畴结构调控动力学不明确，实现精确的超晶格结构一直是制备特定光学应用的主要障碍。如何实时监测铌酸锂光学超晶格的制备过程，探索畴生长动力学以获得高精度的超晶格结构是关键问题之一。

为了研究铁电畴反转动力学，针对固体透明电极外加电场极化方法在高温下的极化过程监测，团队设计并构建了一套简便的实时监测系统，用于原位观察铌酸锂周期极化过程。针对实时监测系统的高精度监测，作者讨论了不同极化状态下的畴成核、生长和全局监测。结合有限元分析，畴的成核和生长与电场分布密切相关。团队提出了一种多孔电极结构，可以更有效、更可控地利用局域电场，从而获得更高的畴核密度和更高的均匀性。采用多孔电极结合实时监测系统，获得了2 mm厚的高质量PPLN晶体。采用单共振光学参量振荡技术实现了1064.2 到3402.4 nm的非线性光转换，非线性光效率高达26.2%。这项工作为精密超晶格结构的制备提供了一条有效的途径。

本工作得到山东省自然科学基金、济南高新区、山东大学晶体材料国家重点实验室和济南市“5150”引才倍增创新人才项目的支持。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202202761