钽铌酸钾单晶的电光与弹光性能耦合研究

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钽铌酸钾(KTa1-xNbxO3;简称KTN)晶体作为一种性能优良的晶体材料,其具有非常显著的电光效应和光折变效应,并且在机械稳定性、化学稳定性和热稳定性等性能方面表现良好。基于以上优势,KTN晶体一直广受科研人员的研究,并且在非线性光学、光电子、光通讯及光存储等领域具有非常广泛的应用。一直以来,钽铌酸钾由于其优异的电光性能而饱受关注,对它的研究也集中在它的电光性能上,关于钽铌酸钾的弹光性能却少有研究。因此本文从实验和理论上分别对立方相和四方相的KTN晶体的电光性能、弹光性能、以及两种性能之间的耦合关系进行了研究。本文首先利用顶部籽晶提拉法制备了高质量的立方相和四方相KTN晶体,然后对晶体进行定向、切割、抛光和喷金电极等处理,利用LCR数字电桥测试仪对已处理好的KTN晶体进行了介温谱测量,利用得到的介电常数变化曲线可获得晶体样品的相变温度进而利用经验公式计算得出组分表达式。之后对处于四方相KTN晶体探索了极化条件并进行极化处理,通过实验对四方相KTN晶体的压电性能进行测试,利用测量得到的压电系数对极化的均匀程度进行表征。本文在理论上计算研究了四方相和立方相KTN晶体的电光效应。搭建了马赫-曾德尔双光束干涉系统,并测量了立方相KTN样品的二次电光系数以及四方相KTN的线性电光系数。之后计算研究了四方相和立方相KTN晶体的弹光效应。同样,利用马赫-曾德尔双光束干涉系统对不同相下KTN样品的弹光系数进行了测量。最后在理论上计算了KTN晶体在四方相和立方相两个不同相下的弹光与电光的耦合关系。确定了弹光与电光效应在物理过程中所占的比例。本文基于数字全息技术研究了KTN晶体在应力作用下折射率的面分布规律,利用数字全息技术测量了KTN样品的弹光系数,验证了Mach-Zehnder双光束干涉法测量结果的准确性以及可靠性,进一步揭示了弹光与电光效应的耦合关系。
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