順電相鉭鈮酸鉀鋰晶體的生長(zhǎng)及電控光折變性質(zhì)研究.pdf

1、近十幾年來(lái)，順電相電光晶體由于其在光纖通訊器件、光學(xué)信息處理等方面的應(yīng)用而被廣泛研究。其中，順電相鉭鈮酸鉀鋰晶體（K1-yLiyTa1-xNbxO3，KLTN）在外加電場(chǎng)作用下可以大幅度提升其光折變性能，具有衍射效率高、電場(chǎng)響應(yīng)速度快（幾個(gè)納秒）、二次電光系數(shù)極大等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是用作電控全息器件的最佳材料。但生長(zhǎng)高光學(xué)質(zhì)量的KLTN晶體十分困難，嚴(yán)重阻礙了其物理性質(zhì)和應(yīng)用的研究。本論文對(duì)順電相KLTN晶體及其摻雜晶體的生長(zhǎng)、電光及電控光

2、折變性質(zhì)做了系統(tǒng)的理論和實(shí)驗(yàn)研究。
　　采用頂部籽晶助溶劑法生長(zhǎng)了多種組分及摻雜的KLTN晶體。研究了適宜晶體生長(zhǎng)的溫場(chǎng)和工藝條件，生長(zhǎng)態(tài)晶體組分均勻、無(wú)開(kāi)裂、無(wú)生長(zhǎng)條紋，等徑部分的尺寸達(dá)到15×15×20mm3。在生長(zhǎng)KLTN晶體的基礎(chǔ)上，用鈉代替鋰元素，進(jìn)行了新晶體鉭鈮酸鉀鈉的生長(zhǎng)探索，依據(jù)固-液界面的擴(kuò)散理論，討論了部分鉭鈮酸鉀鈉晶體顯蘭色的原因。
　　系統(tǒng)地研究了KLTN晶體的基本物理性質(zhì)。使用X射線衍射技術(shù)，分析了

3、不同組分KLTN晶體在室溫下的結(jié)構(gòu)，研究了其晶格參數(shù)隨組分變化的規(guī)律。利用電橋法研究了 KLTN晶體的介電性質(zhì)，其介電系數(shù)隨溫度的變化遵守Curie-Weiss定律。依此規(guī)律判斷了晶體的居里溫度，給出了居里溫度隨組分變化的規(guī)律。利用最小偏向角法，精確地測(cè)量了KLTN晶體的折射率，得到了KLTN晶體折射率色散的塞爾邁耶爾方程。采用紫外-可見(jiàn)光-近紅外光柵光譜儀測(cè)量了KLTN晶體的光學(xué)透過(guò)性能，確定了晶體的透光范圍。根據(jù)KLTN晶體紫外吸收

4、邊的位置，計(jì)算了晶體的禁帶寬度，并研究了摻雜過(guò)渡元素對(duì)晶體的禁帶寬度的影響。
　　使用折射率橢球法，計(jì)算了不同外加電場(chǎng)作用時(shí)順電相KLTN晶體的折射率變化。分析了用Mach-Zehnder干涉法測(cè)量晶體電光系數(shù)的原理及影響實(shí)驗(yàn)精度的因素。設(shè)計(jì)、搭建了自動(dòng)掃描 Mach-Zehnder電光系數(shù)測(cè)量系統(tǒng)，研究了KLTN晶體的電光性質(zhì)。發(fā)現(xiàn) KLTN晶體在居里溫度附近具有很大的二次電光系數(shù)11s，其數(shù)值比其它電光材料高1-2個(gè)量級(jí)。根據(jù)

5、DiDomenico和Wemple的理論，解釋了KLTN晶體電光系數(shù)隨溫度變化的原因，并計(jì)算了晶體的極光系數(shù)。發(fā)現(xiàn)在誤差范圍內(nèi)KLTN晶體的極光系數(shù)是個(gè)常量，不隨溫度變化。
　　依據(jù)光折變效應(yīng)的帶輸運(yùn)模型，結(jié)合晶體的物性參量，模擬了順電相KLTN晶體中的空間電荷場(chǎng)。研究了空間電荷場(chǎng)隨晶體的物性參數(shù)、外加電場(chǎng)及光柵間距等因素變化的規(guī)律。討論了對(duì)稱透射二波耦合光路配置下，有外加電場(chǎng)作用時(shí)，順電相KLTN晶體內(nèi)相位光柵的衍射性質(zhì)，給出了