[发明专利]铁电材料内部纳米极化系统及极化方法和退极化方法

权利要求书

1.一种铁电材料内部纳米极化系统，其特征在于：包括飞秒激光器、半波片、偏振分束器、4f光学系统、光快门、二向色镜、由一维纳米位移台驱动的显微物镜、由三维纳米位移台驱动的样品台、照明模块和成像模块，所述飞秒激光器、半波片、偏振分束器、4f光学系统、光快门、二向色镜沿光路方向依次从前到后设置，所述显微物镜位于二向色镜的反射面后方，所述样品台位于所述显微物镜下方，所述照明模块位于所述样品台下方，所述成像模块位于所述二向色镜的透射面后方。

2.根据权利要求1所述的可重构的铁电材料内部纳米极化系统，其特征在于：所述照明模块包括宽谱白光源和位于宽谱白光源和样品台之间的准直器。

3.根据权利要求1所述的可重构的铁电材料内部纳米极化系统，其特征在于：所述成像模块包括沿光路从前到后设置的反射镜、凸透镜和相机。

4.一种铁电材料内部纳米极化方法，其特征在于：该方法基于权利要求1所述的系统，该方法具体包括：

将铁电材料的铁电轴平行于样品台表面放置；

调节飞秒激光器的入射光功率，诱导铁电材料体内形成微界面；

调节一维纳米位移台，使其驱动的显微物镜将光斑聚焦于铁电材料内部，并锁定位置；

获取显微物镜聚焦光斑移动方向为+z面指向-z面时可得到的单次最大极化宽度w_max；

获取显微物镜聚焦光斑移动方向为垂直于铁电材料铁电轴时可得到的单次最小极化宽度w_min；

若所需铁电畴的极化宽度w为：w_min＜w_＜w_max，则执行下列步骤：调节飞秒激光器的入射光功率，使显微物镜的聚焦光斑的能量密度低于铁电材料的损伤阈值，且产生的热电场强度高于矫顽场强度，并通过三维纳米位移台移动样品台，使显微物镜的聚焦光斑以所述微界面为起点并沿特定方向移动L长度进行直写，从而实现铁电材料纳米极化，得到极化宽度为w的铁电畴；其中，L为目标极化长度，所述特定方向具体为：与铁电体自发极化方向的反方向呈角度θ，θ与目标长度L的关系可以近似用下式描述：

5.根据权利要求4所述的铁电材料内部纳米极化方法，其特征在于：该方法还包括：

若所需铁电畴的极化宽度w_＜w_min，则执行下列步骤：

A、调节飞秒激光器的入射光功率，使显微物镜的聚焦光斑的能量密度低于铁电材料的损伤阈值，且产生的热电场强度高于矫顽场强度，通过三维纳米位移台移动样品台，使显微物镜的聚焦光斑以所述微界面为起点并沿+z面指向-z面移动L长度进行直写，从而在铁电材料内得到极化宽度为w_max的铁电畴；

B、调节飞秒激光器的入射光功率，使显微物镜的聚焦光斑的功率密度高于反转畴的矫顽场，且低于铁电材料的损伤阈值，通过三维纳米位移台移动样品台，使得铁电畴在平行于样品台平面且垂直于铁电轴方向上移动w_max-w，再通过三维纳米位移台移动样品台，使聚焦光斑相对于铁电材料沿-z面指向+z面移动直写，从而实现铁电畴的部分退极化，得到极化宽度w的铁电畴。