相界附近钽铌酸钾晶体的电光响应特性及其机理研究

发布时间：2017-09-12 14:24

  本文关键词：相界附近钽铌酸钾晶体的电光响应特性及其机理研究

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【摘要】：随着光通信技术的飞速发展,能够实现高速光调制的电光晶体材料愈加受到人们的关注并得到了广泛的研究。钽铌酸钾晶体(KTa1-xNbxO3,KTN)作为一类新型无铅电光晶体,其在铁电-顺电相界附近的电光性能相当优异,被认为是电光调制、电光全息存储等领域的最佳材料。本文主要研究了KTN晶体电光性能的动态响应,并结合极性微区(Polar nano-region,PNR)的观察结果,分析相界附近KTN晶体电光性能频率和温度特性的起源,这将有助于探索介观体系结构-性质之间的联系,为推动KTN晶体的实用化奠定理论和实验基础。首先,采用顶部籽晶助溶剂法成功的生长了高质量的KTN晶体,并研究了其基本物理性质。利用介电温谱测量仪系统的研究了KTN晶体的介电性能,并根据介电反常现象得到了居里温度、组分和化学式;考虑到KTN晶体相界附近PNR的存在,分析了其介电性能偏离居里-外斯定律的原因;利用光栅光谱仪表征了KTN晶体400 nm-950 nm范围内的透射和吸收光谱,并通过拟合高吸收区光谱,得到了KTN晶体的禁带宽度。然后,系统的研究了KTN晶体的动态电光响应特性。利用折射率椭球推导并描述了顺电相KTN晶体的二次电光效应;搭建了Senamont单光束补偿法电光测量系统并对KTN晶体相界附近的有效电光系数进行了表征,可达到5.9×10-15 m2/V2以上;考虑相界附近PNR的存在,分析并解释了电光性能对温度和外加电场频率的响应特性。不仅如此,PNR还导致了线性与二次电光效应的叠加,使得输出信号波形出现高低峰畸变;为了更好的说明PNR对于电光性能的贡献机制,建立了一种唯相的理论模型来进一步讨论,并很好的解释了二次电光效应输出波形的高低峰畸变现象。最后,研究了KTN晶体的电致伸缩效应和PNR的动态变化。采用迈克尔逊干涉法系统的测量了KTN晶体电致伸缩性能的频率特性,与电光性能形成比对;推导了电致伸缩效应在电光系数测量过程中产生的影响,并得到了真实电光系数;从KTN晶体内部极化机制出发,分析了相界附近电光、电致伸缩性能的频率特性来源于固有电矩的取向极化,即PNR;利用偏光显微镜观察了KTN晶体相界附近PNR对温度和电场频率的响应,并据此对电光、电致伸缩的动态响应测量结果和分析给予了充分的证明。
【关键词】：钽铌酸钾晶体 二次电光效应 极性微区 电致伸缩效应 畴
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-20
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9-10
• 1.2 国内外在该方向的研究进展与分析10-18
• 1.2.1 电光晶体的研究进展10-12
• 1.2.2 钽铌酸钾晶体的生长、结构与相变12-15
• 1.2.3 钽铌酸钾晶体的电光性能研究15-16
• 1.2.4 钽铌酸钾晶体相界附近的极性微区研究16-18
• 1.3 本论文的主要研究内容18-20
• 第2章 钽铌酸钾晶体的基本物理性质20-30
• 2.1 引言20
• 2.2 钽铌酸钾晶体的生长及预处理20-22
• 2.3 钽铌酸钾晶体的介电性能22-27
• 2.4 钽铌酸钾晶体的透光性能及禁带宽度27-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第3章 相界附近钽铌酸钾晶体的动态电光响应特性30-45
• 3.1 引言30
• 3.2 顺电相钽铌酸钾晶体的二次电光效应30-34
• 3.2.1 二次电光效应的折射率椭球表述31-32
• 3.2.2 钽铌酸钾晶体的二次电光效应32-34
• 3.3 单光束补偿法电光系数测量系统34-38
• 3.3.1 实验测量原理34-37
• 3.3.2 实验测量系统37-38
• 3.4 相界附近钽铌酸钾晶体的动态电光响应特性38-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第4章 电致伸缩效应及极性微区的观察与分析45-57
• 4.1 引言45
• 4.2 钽铌酸钾晶体的电致伸缩效应45-51
• 4.2.1 电致伸缩效应的测量原理及测量系统45-48
• 4.2.2 钽铌酸钾晶体电致伸缩性能的频率特性48-50
• 4.2.3 电致伸缩效应对电光系数测量的贡献分析50-51
• 4.3 钽铌酸钾晶体极性微区的观察与分析51-56
• 4.3.1 晶体的内部极化机制52-53
• 4.3.2 晶体铁电畴的观察方法53-54
• 4.3.3 钽铌酸钾晶体相界附近极性微区的观察结果与分析54-56
• 4.4 本章小结56-57
• 结论57-58
• 参考文献58-63
• 攻读硕士期间发表的论文及其它成果63-65
• 致谢65

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 管庆才,王继扬,魏景谦,刘耀岗,蒋民华,王大地,杨华光,叶佩弦;Fe:KTN晶体的二波耦合特性研究[J];光学学报;1992年11期

2 秦效慈，，余尚银;电致伸缩材料研究的新进展[J];压电与声光;1996年02期

3 王旭平;王继扬;于永贵;李静;张建秀;赵洪阳;;提拉法生长立方相KTa_(1-x)Nb_xO_3晶体[J];稀有金属;2006年06期

本文编号：837762