鈮酸鋰晶體鐵電疇結(jié)構(gòu)應(yīng)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(xué)、熱釋電、光折變、聲光、壓電、彈光、鐵電與光生伏打效應(yīng)等特性得到了非常廣泛的研究和應(yīng)用。
　　 鐵電效應(yīng)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(diǎn)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(diǎn)的鈮酸鋰晶體中全息光柵的電固定、準(zhǔn)相位匹配、鐵電存儲、可調(diào)濾波器、電光調(diào)節(jié)等技術(shù)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(shí)現(xiàn)鈮酸鋰的疇反轉(zhuǎn)是鈮酸鋰疇結(jié)構(gòu)應(yīng)用的一個關(guān)鍵問題。降低反轉(zhuǎn)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(xué)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(kuò)散法。該方法具有制作工序簡

3、單方便，所需擴(kuò)散時間短等優(yōu)點(diǎn)，在擴(kuò)散后Li+最高可以達(dá)到49.8％。我們研究了鈮酸鋰薄片中的極化反轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)掃描系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對鈮酸鋰晶體鐵電疇反轉(zhuǎn)過程的實(shí)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(zhuǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，制備出包括外電場控制的光波導(dǎo)、Y結(jié)、三叉、菲涅爾波

4、帶片等多種光學(xué)器件，實(shí)現(xiàn)了可擦寫、外電場調(diào)控的集成光學(xué)器件與二元光學(xué)器件。
　　 本論文的主要內(nèi)容如下：
　　 第一章對鈮酸鋰晶體的晶格結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)等進(jìn)行了簡要介紹，并概括性地介紹了鈮酸鋰晶體鐵電疇結(jié)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀，應(yīng)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(jié)構(gòu)的常用方法--外電場極化法方法，以及觀測疇結(jié)構(gòu)的方法-腐蝕法和光學(xué)方法，進(jìn)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(kuò)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(nèi)的擴(kuò)散來提高鋰濃度到接近化學(xué)比，來降低鈮酸鋰晶體的矯頑場，從而降低反轉(zhuǎn)電壓。本章最后對本論文中疇結(jié)構(gòu)的寫入和觀測系統(tǒng)進(jìn)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(zhuǎn)電壓控制在大約1kV～1.5kV的量級。利用高精度平移臺和轉(zhuǎn)動臺、光學(xué)顯微鏡、CCD等設(shè)備搭建了一個鈮酸鋰晶體薄片的二維鐵電疇反轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對鈮酸鋰晶體鐵電疇結(jié)構(gòu)的

6、實(shí)時反轉(zhuǎn)、監(jiān)測和控制。
　　 第三章主要介紹鈮酸鋰晶體疇結(jié)構(gòu)在集成光學(xué)中的應(yīng)用。我們在鈮酸鋰晶體中寫入條形鐵電疇，沿著適當(dāng)?shù)姆较蚴┘油怆妶觯l(fā)現(xiàn)該疇結(jié)構(gòu)具有波導(dǎo)的性質(zhì)，并且外加電場的大小可以控制疇結(jié)構(gòu)的導(dǎo)光能力。基于這個現(xiàn)象，我們在鈮酸鋰晶體薄片中制備出外加電場調(diào)控的Y結(jié)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(xué)中的應(yīng)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(jié)構(gòu)。在沿著c軸方向