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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1、硕士学位论文相界附近钽铌酸钾晶体的电光响应特性及其机理研究THESTUDYOFELECTRO-OPTICRESPONSEANDMECHANISMINPOTASSIUMTANTALATNIOBATENEARTHEPHASEBOUNDARY王磊哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：O437学校代码：10213国际图书分类号：535密级：公开理学硕士学位论文相界附近钽铌酸钾晶体的电光响应特性及其机理研究硕士研究生：王磊导师：申艳青副教授申请学位：理学硕士学科：光学所在单位：物理系答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学

2、ClassifiedIndex:O437U.D.C:535DissertationfortheMasterDegreeinScienceTHESTUDYOFELECTRO-OPTICRESPONSEANDMECHANISMINPOTASSIUMTANTALATNIOBATENEARTHEPHASEBOUNDARYCandidate：WangLeiSupervisor：Prof.ShenYanqingAcademicDegreeAppliedfor：MasterDegreeofScienceSpeciality：OpticsAffi

3、liation：DepartmentofPhysicsDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学理学硕士学位论文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

4、能的动态响应，并结合极性微区（Polarnano-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400nm-950n

5、m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×-152210m/V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

6、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：

7、钽铌酸钾晶体；二次电光效应；极性微区；电致伸缩效应；畴-I-哈尔滨工业大学理学硕士学位论文AbstractWiththerapiddevelopmentofopticalcommunicationtechnology,theelectro-opticcrystalmaterials,whichcanrealizehigh-speedopticalmodulation,hasattractedmoreandmoreattentionandhasbeenwidelystudied.Thepotassiumtantalantniobat

8、e(KTa1-xNbxO3，KTN)crystal,regardedasanewtypelead-freeelectro-opticcrystal,possessexcellentelectro-opticperformancenearthefer