基于钛酸锶钡等铁电材料的太赫兹波调制特性研究

发布时间：2019-07-21 17:42

【摘要】：太赫兹调制器是太赫兹科学应用技术中的一个重要器件,而其中对太赫兹可控材料的研究是太赫兹调制器的基础。本文主要致力于钛酸锶钡等铁电材料在太赫兹波段的光调制研究以及基于钛酸锶钡薄膜的太赫兹波电控超材料的设计。本文主要内容归纳如下:1.介绍了铁电材料基本性质,光铁电效应及其介电响应模型。介绍了基于0.4Ba0.6Sr0.4TiO3-0.6La(Mg0.5Ti0.5)O3(BST-LMT)陶瓷材料光调制的实验装置,获得BST-LMT复介电常数和复折射率的过程。BST-LMT的制备,及其透射频谱、透射率、介电常数、吸收系数等介电特性在不同功率的绿光照射下的变化情况。实验结果表明,随着绿光功率的增加,BST-LMT陶瓷材料的介电常数实部和虚部、吸收系数等特性均出现了不同程度的减小,同时BST-LMT陶瓷材料的透射率相应的增加。最后分析了BST-LMT的X射线光电子能谱,其结果表明BST-LMT中同时存在三价与四价的钛元素,二者能级差为0.93eV。而实验所用绿光波长532nm,光子能量2.33eV。由此我们推测在BST-LMT内部三价钛与四价钛元素之间由电子转移而形成的空间电场是引起BST-LMT在太赫兹波段折射率变化的原因。2.分析了在钽酸钾,钛酸锶和掺铁钛酸锶晶体中的太赫兹波段的光调制研究结果。在这三种铁电晶体中,外加光场对其在太赫兹波段的介电特性产生的影响与BST-LMT陶瓷类似。对于不同功率的绿光,钽酸钾,钛酸锶和掺铁钛酸锶晶体的介电常数实部均随绿光功率增加而明显减小,介电常数虚部随绿光功率略有变化。在这五种晶体中的光调制过程与BST-LMT陶瓷材料的光调制类似,只是各个材料中起作用的离子不同。3.总结了太赫兹波电控调制器件的发展,并基于H.T.Chen等人的研究成果提出了一种基于钛酸锶钡铁电薄膜的叉指型微电极结构,分析了施加在叉指型微电极上的外加电场对于钛酸锶钡薄膜介电常数的影响,及其对在其中透射的太赫兹波的调制。基于叉指型微电极,我们进一步改进了该太赫兹波电控调制结构,将叉指型微电极与太赫兹超材料中典型的开口谐振环结构相结合,设计出了一种可由外加电场调控的基于钛酸锶钡薄膜的太赫兹可调谐滤波器。通过CST MWS软件对基于这种结构的不同厚度的钛酸锶钡薄膜的太赫兹透射谱的共振吸收峰的模拟结果,分析了钛酸锶钡薄膜厚度对在其中透射的太赫兹波共振吸收峰的影响。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：O441.4;TM221

【参考文献】