钽铌酸钾钠晶体的光学性质及二波耦合实验研究

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。

目录

钽铌酸钾钠晶体的光学性质及二波耦合实验研究

STUDY ON OPTICAL PROPERTIES AND TWO-WAVING EXPERIMENTS OF POTASSIUM SODIUM TANTALATE NIOBATE CRYSTAL

摘要

Abstract

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

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

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致 谢