锂硅酸薄膜 x 切向的多尺度二次谐波生成显微镜
光学
2025-04-15 v1 应用物理
摘要
锂硅酸薄膜(TFLN)是非线性频率转换中广泛使用的数据平台，因其强烈的非线性介电常数和增强的模场局域化而加剧了非线性相互作用。从近红外波长到可见波长的频率倍频需要制造周期变化小于 20nm 的准相匹配(QPM) grating，并控制沿厘米级波导的微米尺度的铁电域反转。二次谐波生成显微镜(SHM) 是优化域工程(E 场极化)的强大工具，已使 QPM grating 接近理想。本文表明，将 SHM 光掩扫描步长从 200nm 增加到 400nm，可在不牺牲 QPM grating 表征精度的前提下，将成像速度提高 4 倍。为此，联合微分方程的蒙特卡罗模拟与二次谐波输出功率的实验测量结果一致。我们还采用统计抽样方案，对长度 5.6 mm 的波导(极化周期 = 3.240 μm)进行约 5 分钟的表征(每个场 30 秒 × 每个波导 10 个场)。每个场的长度为 100 微米，因此我们的结果表明，对 QPM grating 仅抽样约 300 个周期即可准确预测其二次谐波输出。对于本文所描述的器件，这对应于总栅格长度的约 20%。在离子化和器件长度抽样方面，SHM 成像速度提升了一个数量级。
引用
@article{arxiv.2504.08983,
title = {Multi-scale second harmonic generation microscopy of ferroelectric domains in x-cut thin-film lithium niobate},
author = {Sagar P. Doshi and Gavin N. West and Dodd Gray and Rajeev J. Ram},
journal= {arXiv preprint arXiv:2504.08983},
year = {2025}
}