相变温度附近钽铌酸钾晶体的电光响应研究

摘要

钽铌酸钾晶体KTa1-xNbxO3（KTN）由于其在居里温度附近具有很优异的二次电光效应而被广泛地研究和应用，被认为是一种制备光学器件的优异电光材料。对于KTN晶体在相界附近优异电光性能的起源，目前广泛认为是由于相变过程中晶体内部铁电畴的影响。但对于KTN晶体中铁电畴的观察和其影响电光效应的机理却鲜有研究。本文主要研究了KTN晶体的电光性能对温度与电场强度的动态响应特性，分析铁电畴在相变温度附近的演化过程，及其影响电光效应的机理。
　　研究了KTN晶体的基本物理性质。采用电桥法测量了KTN晶体相对介电常数的温度特性曲线，由介电反常现象确定其居里温度，从而得到了晶体的组分。由介电常数偏离居里外斯定律出发，计算KTN晶体的弛豫因子，发现其在居里温度附近具有一定的弛豫性，从侧面验证在此特征温度范围内铁电畴的存在。测量了晶体的电滞回线，得到了矫顽场、自发极化强度等特征参量值，为极化处理和电光实验过程中外加电压的范围提供理论依据。
　　研究了KTN晶体铁电畴对温度的动态响应。搭建Senamont单光束补偿系统对极化完整的KTN晶体在升温过程中的线性、二次电光系数进行测量。将时域输出电压信号波进行傅里叶变换，得到频域信号波，分析居里温度附近的电光效应。利用偏光显微镜对钽铌酸钾晶体的铁电畴进行了直接观测。对比晶体极化处理前后、温度升高和降低过程中晶体的偏光性，分析铁电畴随温度的演化过程。
　　研究了相界附近KTN晶体的铁电畴对外加电场的动态响应。采用单光束补偿法测量了相变附近晶体的电光系数随电场强度的变化规律。设计实验并测量了在变化的交流电场下、变化的直流电场下的线性、二次电光系数，并将极化前后的结果、不同温度条件下的结果分别进行对比。由唯象的朗道理论分析解释了极化处理对铁电畴的诱导取向和束缚效应，外加直流电场的场强和方向对晶体铁电畴重取向模式影响，揭示电光效应的动态响应机制。

目录

第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 国内外在该方向的研究现状及分析

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.2.3 国内外文献综述的简析

1.3 本论文的主要研究内容

第2章 钽铌酸钾晶体的基本物理性质

2.1 引言

2.2 钽铌酸钾晶体的基本结构

2.3 钽铌酸钾晶体介电性能的研究

2.4 钽铌酸钾晶体铁电性能的研究

2.5 本章小结

第3章 相变附近钽铌酸钾晶体铁电畴对温度的动态响应研究

3.1 引言

3.2 钽铌酸钾晶体电光效应的光率体描述

3.2.1 铁电相钽铌酸钾晶体线性电光效应的光率体描述

3.2.2 顺电相钽铌酸钾晶体二性电光效应的光率体描述

3.3 钽铌酸钾晶体铁电畴的电光效应随温度的响应情况

3.3.1 Senamont单光束测量系统及原理

3.3.2 钽铌酸钾晶体电光系数温度响应的测量

3.3.3 输出信号Fourier变换分析

3.4 偏光显微镜下晶体的铁电畴

3.4.1 未进行极化处理-极化退火后

3.4.2 极化处理后升温-降温

3.5 本章小结

第4章 钽铌酸钾晶体铁电畴对电场的动态响应研究

4.1 引言

4.2 未极化的KTN晶体的铁电畴对直流、交流电场的动态响应

4.3 极化后KTN晶体的铁电畴对直流、交流电场的动态响应

4.4 晶体铁电畴对直流、交流电场的动态响应机制分析

4.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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致谢