钽铌酸钾钠晶体的光学性质及二波耦合实验研究

论文摘要

目前,信息传输的高速化逐渐成为信息社会发展的关键,随着光通信的迅猛发展,全光网络离我们越来越近。光传输网正向超高速、超大容量的方向发展,这些都对光通信器件的性能提出了更高的要求。对应用器件的需求总是推动者人们对于新材料的探索。现在已经发现,顺电相钽铌酸钾锂（K1-yLiyTa1-xNbxO3,KLTN）晶体通过外加电场可以大幅度提升其光折变性能,具有衍射效率高,介电响应速度快、二次电光系数大等优点,成为目前用作电控光折变器件的最佳材料。基于钠和锂属同主族碱金属元素,我们尝试把锂元素换成钠元素,研究顺电相钽铌酸钾钠（K1-yNayTa1-xNbx,KNTN）晶体的光学以及电控光折变性质。首先,对顺电相KNTN晶体的线性光学性质进行了测定。用X射线衍射的方法,测定了晶体的结构。通过测量KNTN平板样品的电容,研究在相变过程中的介电性质,确定了其居里温度的值。利用最小偏向角法,精确地测量了顺电相KNTN晶体的折射率,并通过最小二乘法拟合,给出了KNTN晶体折射率色散的塞尔迈耶尔方程参数。根据单项塞尔迈耶尔关系,得出KNTN晶体的塞尔迈耶尔振子参数。采用紫外/可见/近红外分光光度计测量晶体的光学透过性能,确定了KNTN晶体的紫外吸收边。计算得到了顺电相KNTN晶体的禁带宽度。其次,利用折射率椭球法,结合顺电相KNTN晶体的结构,分析了加不同方向电场情况下晶体折射率的变化,利用搭建的自动扫描Mach-Zehnder干涉仪系统测量了不同温度下电光系数的变化,并根据Curie-Weiss定律对其结果进行了解释。最后,采用二波耦合的实验方法,系统地研究了顺电相KNTN晶体的二波耦合性质,给出了二波耦合增益系数及光栅衍射效率的表达式。由二波耦合能量转移的方向,确定了晶体的光激发载流子类型。测量了532nm波长下,衍射效率与入射光夹角、外加电场的关系,确定出晶体的最大衍射效率,通过拟合理论公式,计算出晶体中有效折射率变化的数值。测量了增益系数随入射光夹角、外加电压的关系。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外在该方向的研究现状
• 1.2.1 钽铌酸钾锂晶体的生长研究
• 1.2.2 钽铌酸钾锂晶体的结构及介电性质研究
• 1.2.3 钽铌酸钾锂晶体的电控光折变性质的研究
• 1.2.4 钽铌酸钾锂晶体在光互联方面的应用
• 1.3 本文的研究内容
• 第2章 钽铌酸钾钠晶体线性光学性质的测量
• 2.1 引言
• 2.2 钽铌酸钾钠晶体样品的加工工艺
• 2.2.1 钽铌酸钾钠晶体的定向
• 2.2.2 钽铌酸钾钠晶体的切割
• 2.2.3 钽铌酸钾钠晶体的抛光
• 2.2.4 钽铌酸钾钠晶体的镀膜和加电极
• 2.3 钽铌酸钾钠晶体的结构
• 2.4 钽铌酸钾钠晶体的介电温谱
• 2.5 钽铌酸钾钠晶体的折射率
• 2.6 钽铌酸钾钠晶体的吸收光谱
• 2.7 本章小结
• 第3章 钽铌酸钾钠晶体的电光性质
• 3.1 引言
• 3.2 顺电相钽铌酸钾钠晶体的二次电光效应
• 3.2.1 二次电光效应的折射率椭球表述
• 3.2.2 顺电相钽铌酸钾钠晶体的二次电光效应
• 3.3 马赫-曾德尔电光系数测量系统
• 3.4 实验结果与讨论
• 3.5 本章小结
• 第4章 钽铌酸钾钠晶体的二波耦合
• 4.1 引言
• 4.2 光折变效应的动力学过程
• 4.2.1 光折变效应带输运模型
• 4.2.2 光折变二波耦合特性
• 4.3 钽铌酸钾钠晶体的光折变性质的实验研究
• 4.3.1 二波耦合的实验光路及装置
• 4.3.2 钽铌酸钾钠晶体的衍射效率
• 4.3.3 增益系数的测量与研究
• 4.3.4 光激载流子类型
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢