鈮酸鋰晶體鐵電疇結構應用的研究.pdf

1、自從1965年，Ballman成功地用Czochralski提拉法生長出鈮酸鋰晶體，以及1968年Lerner等報道了大直徑、同成分的鈮酸鋰晶體生長以來，鈮酸鋰晶體由于它優(yōu)良的電光、雙折射、非線性光學、熱釋電、光折變、聲光、壓電、彈光、鐵電與光生伏打效應等特性得到了非常廣泛的研究和應用。
　　 鐵電效應是鈮酸鋰晶體一個非常重要的特性。鈮酸鋰是現(xiàn)在已知居里點最高（1210℃）和自發(fā)極化最大（室溫時約0.72C/㎡）的鐵電體。最近幾

2、年發(fā)展起來成為研究熱點的鈮酸鋰晶體中全息光柵的電固定、準相位匹配、鐵電存儲、可調濾波器、電光調節(jié)等技術都是基于鈮酸鋰晶體的極化特性。同成分鈮酸鋰的矯頑場非常高，常溫下大約在21kV/㎜的量級，在常溫下方便地實現(xiàn)鈮酸鋰的疇反轉是鈮酸鋰疇結構應用的一個關鍵問題。降低反轉電壓的途徑有兩個：降低矯頑廠或者減少晶體沿c軸的厚度。我們針對近化學比鈮酸鋰這一低矯頑場材料，提出了一種新的提高鈮酸鋰晶體Li離子濃度的方法：熔體擴散法。該方法具有制作工序簡

3、單方便，所需擴散時間短等優(yōu)點，在擴散后Li+最高可以達到49.8％。我們研究了鈮酸鋰薄片中的極化反轉問題。通過減小鈮酸鋰晶體在c軸方向的尺度等方法，使得同成分鈮酸鋰晶體的反轉電壓控制在1kV～1.5kV左右的量級，在室溫下就能方便地寫入。我們搭建了一個鈮酸鋰晶體薄片二維鐵電疇反轉掃描系統(tǒng)，實現(xiàn)了對鈮酸鋰晶體鐵電疇反轉過程的實時監(jiān)測和控制。利用上述系統(tǒng)，我們在鈮酸鋰鐵電疇反轉技術的基礎上，制備出包括外電場控制的光波導、Y結、三叉、菲涅爾波

4、帶片等多種光學器件，實現(xiàn)了可擦寫、外電場調控的集成光學器件與二元光學器件。
　　 本論文的主要內容如下：
　　 第一章對鈮酸鋰晶體的晶格結構、物理性質等進行了簡要介紹，并概括性地介紹了鈮酸鋰晶體鐵電疇結構的發(fā)展現(xiàn)狀，應用前景等問題。
　　 第二章講述鈮酸鋰的極化特性，對在鈮酸鋰晶體中寫入疇結構的常用方法--外電場極化法方法，以及觀測疇結構的方法-腐蝕法和光學方法，進行了介紹。我們提出了一種提高鈮酸鋰晶體中鋰濃度的

5、新方法--熔體擴散法，在高溫下通過Li+從鋰離子晶體熔融液向鈮酸鋰晶體內的擴散來提高鋰濃度到接近化學比，來降低鈮酸鋰晶體的矯頑場，從而降低反轉電壓。本章最后對本論文中疇結構的寫入和觀測系統(tǒng)進行了介紹。我們通過減小鈮酸鋰晶體在c軸方向上的尺度到幾十微米，將鈮酸鋰晶體的反轉電壓控制在大約1kV～1.5kV的量級。利用高精度平移臺和轉動臺、光學顯微鏡、CCD等設備搭建了一個鈮酸鋰晶體薄片的二維鐵電疇反轉掃描系統(tǒng)，實現(xiàn)了對鈮酸鋰晶體鐵電疇結構的

6、實時反轉、監(jiān)測和控制。
　　 第三章主要介紹鈮酸鋰晶體疇結構在集成光學中的應用。我們在鈮酸鋰晶體中寫入條形鐵電疇，沿著適當?shù)姆较蚴┘油怆妶?，發(fā)現(xiàn)該疇結構具有波導的性質，并且外加電場的大小可以控制疇結構的導光能力?；谶@個現(xiàn)象，我們在鈮酸鋰晶體薄片中制備出外加電場調控的Y結和三叉光束分束器。
　　 第四章主要介紹鈮酸鋰晶體的極化特性在二元光學中的應用。我們在鈮酸鋰晶體中寫入了具有菲涅爾波帶片形狀的鐵電疇結構。在沿著c軸方向