鐵電晶體疇壁及疇的非線性光學(xué)性質(zhì)研究及其應(yīng)用.pdf

1、鐵電晶體因其較好的非線性性質(zhì)以及自發(fā)極化能夠被外加電場反轉(zhuǎn)的特點(diǎn)而在非線性光學(xué)的研究中有著廣泛的應(yīng)用。在研究鐵電疇和疇反轉(zhuǎn)的過程中，人們發(fā)現(xiàn)疇壁作為一個特殊的界面，在光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)等方面表現(xiàn)出許多奇特的性質(zhì)。其中一部分性質(zhì)已經(jīng)通過第一性原理計算和動力學(xué)模型得到了較好解釋。盡管如此，在非線性性質(zhì)方面，人們對疇壁的研究才剛剛起步，相關(guān)報道也不多見。我們的工作正是基于鐵電疇及疇反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，針對疇壁新的非線性性質(zhì)開展研究。另一方面，也對鐵電疇及

2、疇反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)在電光控制方面進(jìn)行了探索。
　　 在對鐵電晶體的基本性質(zhì)進(jìn)行了簡單介紹后，我們回顧了國際上常用的疇反轉(zhuǎn)制備方法，其中室溫電場極化法應(yīng)用最為廣泛。我們在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行了室溫電場極化實(shí)驗(yàn)，成功制備了周期性極化反轉(zhuǎn)以及大面積極化反轉(zhuǎn)。這兩種類型的疇反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)是我們后續(xù)研究的基礎(chǔ)。
　　 通過對鐵電晶體疇壁激發(fā)切倫科夫倍頻的詳細(xì)分析，我們發(fā)現(xiàn)鐵電晶體疇壁上存在巨大提升的非線性性質(zhì)。利用這一性質(zhì)，我們提出了一種新的掃描光學(xué)成

3、像的方法--利用疇壁切倫科夫倍頻信號重建疇壁形態(tài)。該方法具有實(shí)時、無損、高精度及可三維成像的優(yōu)點(diǎn)。利用該方法對疇壁厚度的估算在10nm量級，空間角分辨率達(dá)10mrad。
　　 由于疇壁對基頻光場響應(yīng)的定域性，它會對其上產(chǎn)生的非線性極化波產(chǎn)生調(diào)制。隨著基頻光與疇壁間夾角的增大，非線性極化波的相速度會被調(diào)制變快。這直接影響了切倫科夫倍頻的產(chǎn)生，改變了倍頻光的出射角。我們據(jù)此分析了在反常色散中由疇壁調(diào)制作用產(chǎn)生切倫科夫倍頻的可能，并通

4、過實(shí)驗(yàn)加以證明。通過對其原理的分析，我們將該現(xiàn)象命名為非線性Smith-Purcell效應(yīng)。
　　 基于疇壁對切倫科夫倍頻的調(diào)制作用，我們設(shè)計了疇壁序列產(chǎn)生完全位相匹配倍頻的實(shí)驗(yàn)。這種類型的倍頻是與準(zhǔn)位相匹配機(jī)制不同的全新機(jī)制。實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生倍頻的歸一化效率超過了目前報道中準(zhǔn)位相匹配技術(shù)產(chǎn)生倍頻的最高效率。產(chǎn)生如此高效倍頻的原因是疇壁巨大的非線性系數(shù)提升以及完全位相匹配的實(shí)現(xiàn)。疇壁序列產(chǎn)生完全匹配高效切倫科夫倍頻的方案具有實(shí)用意義，

5、可用于激光系統(tǒng)中。
　　 基于鈮酸鋰晶體的電光效應(yīng)，我們提出了外加電場控制周期性極化鈮酸鋰波導(dǎo)陣列中離散空間光孤子產(chǎn)生與坍縮的方法。理論模擬表明：改變外電場不僅能夠促使孤子形成和坍縮，也能改變波導(dǎo)陣列輸出端面上的能量分布。實(shí)驗(yàn)證實(shí)了施加z向外電場的周期性極化鈮酸鋰晶體中可以形成離散空間孤子。改變外電場強(qiáng)度，可以控制它的產(chǎn)生和坍縮。
　　 利用鉭酸鋰晶體較大的電光系數(shù)，我們設(shè)計并制作了準(zhǔn)速度匹配電光相位調(diào)制器。我們完全掌握