【摘 要】
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兼具高压电和高透明特性的铁电材料具有优异电光、声光和声-光-电耦合效应,可为高性能电光调制器、光学相控阵和量子光学器件、光声成像系统的研制提供关键材料,成为新的研究热点。稀土元素Sm3+掺杂改性的（1-x）Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-x Pb Ti O3（简称PMN-PT）单晶/陶瓷是目前已知具有最高压电性能的材料,但丰富的铁电畴结构和复杂的显微结构使得PMN-PT单晶/陶瓷一般是不透明的。
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兼具高压电和高透明特性的铁电材料具有优异电光、声光和声-光-电耦合效应,可为高性能电光调制器、光学相控阵和量子光学器件、光声成像系统的研制提供关键材料,成为新的研究热点。稀土元素Sm3+掺杂改性的（1-x）Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-x Pb Ti O3（简称PMN-PT）单晶/陶瓷是目前已知具有最高压电性能的材料,但丰富的铁电畴结构和复杂的显微结构使得PMN-PT单晶/陶瓷一般是不透明的。本论文结合课题组多年的PMN-PT透明陶瓷制备经验,研究了Sm3+掺杂PMN-PT透明陶瓷的制备工艺,通过改变固溶配比和稀土掺杂浓度对PMN-PT透明陶瓷的电光和压电性能进行调控,并对其电光和压电性能的应用进行了初步的探索,主要工作和成果如下:1.利用两步烧结工艺制备了不同Sm3+掺杂浓度的0.88PMN-0.12PT透明电光陶瓷和0.70PMN-0.30PT透明压电陶瓷。XRD结果表明PMN-PT透明陶瓷的均为纯相钙钛矿结构;陶瓷断面SEM照片表明所制备的透明陶瓷高度致密,几乎观察不到气孔。测量并分析了PMN-PT透明陶瓷的铁电、压电、介电、应变、透光、发光、电光等性能。发现随着Sm3+掺杂浓度的增加,陶瓷晶粒逐渐增大,陶瓷的弛豫性增强,电滞回线逐渐变瘦,剩余极化降低、矫顽场减小、电光系数减小、半波电压增大、消光比增加,压电性能先增大后减小。2.Sm掺杂为0.5mol%时0.88PMN-0.12PT透明电光陶瓷的综合性能最优,透明度达到69.6%（理论极限71%）,二次电光系数达到35×10-16m2/V2,消光比为32.1 d B,半波电压仅为113 V（d=L=1mm）。综合性能优于目前常用的Li Nb O3、KDP、PLZT等电光材料。Sm掺杂为2.5mol%时0.70PMN-0.30PT透明压电陶瓷的压电系数d33为1406p C/N,机电耦合系数kp接近0.8,综合性能最优。3.以自制的PMN-PT透明电光陶瓷为核心,结合激光器、信号发生器、高压发生器、信号接收器、光学组件、STM32单片机等设计了一种电光调制系统,实现了数字信合和模拟信号的实时传输,验证了PMN-PT透明陶瓷在光通信中应用的可行性。研究了自制PMN-PT透明压电陶瓷在压电能量收集方面的应用。
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