文档介绍：分类号:密级:学号:D0218861’Y1798274铌酸锂晶体铁电畴结构应用的研究培养院系:物理学院一级学科:物理学二级学科:凝聚态物理论文作者:崔国新指导教师:许京军教授孙骞教授南开大学研究生院2007年10月20日南开大学学位论文版权使用授权书本人完全了解南开大学关于收集、保存、使用学位论文的规定,同意如下各项内容:按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本;学校有权保存学位论文的印刷本和电子版,并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文;学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务;学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版;在不以赢利为目的的前提下,学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。经指导教师同意,本学位论文属于保密,在年解密后适用本授权书。各密级的最长保密年限及书写格式规定如下:内部5年(最长5年,可少于5年)秘密★10年(最长10年,可少于lO年)机密★20年(最长20年,可少于20年)恸!.锄们~戳¨~档年~僻l文汹~嬲羔倒~南开大学学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师指导下,进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名:24日帮胡任卜摘要摘要自从1965年,Ballman成功地用Czochralski提拉法生长出铌酸锂晶体,以及1968年Lemer等报道了大直径、同成分的铌酸锂晶体生长以来,铌酸锂晶体由于它优良的电光、双折射、非线性光学、热释电、光折变、声光、压电、弹光、铁电与光生伏打效应等特性得到了非常广泛的研究和应用。铁电效应是铌酸锂晶体一个非常重要的特性。铌酸锂是现在已知居里点最高(1210℃)和自发极化最大()的铁电体。最近几年发展起来成为研究热点的铌酸锂晶体中全息光栅的电固定、准相位匹配、铁电存储、可调滤波器、电光调节等技术都是基于铌酸锂晶体的极化特性。同成分铌酸锂的矫顽场非常高,常温下大约在21kV/mm的量级,在常温下方便地实现铌酸锂的畴反转是铌酸锂畴结构应用的一个关键问题。降低反转电压的途径有两个:降低矫顽厂或者减少晶体沿c轴的厚度。我们针对近化学比铌酸锂这一低矫顽场材料,提出了一种新的提高铌酸锂晶体Li离子浓度的方法:熔体扩散法。该方法具有制作工序简单方便,所需扩散时间短等优点,在扩散后Li+%。我们研究了铌酸锂薄片中的极化反转问题。通过减小铌酸锂晶体在c轴方向的尺度等方法,使得同成分铌酸锂晶体的反转电压控制在1kV~,在室温下就能方便地写入。我们搭建了一个铌酸锂晶体薄片二维铁电畴反转扫描系统,实现了对铌酸锂晶体铁电畴反转过程的实时监测和控制。利用上述系统,我们在铌酸锂铁电畴反转技术的基础上,制备出包括外电场控制的光波导、Y结、三叉、菲涅尔波带片等多种光学器件,实现了可擦写、外电场调控的集成光学器件与二元光学器件。本论文的主要内容如下:第一章对铌酸锂晶体的晶格结构、物理性质等进行了简要介绍,并概括性地介绍了铌酸锂晶体铁电畴结构的发展现状,应用前景等问题。第二章讲述铌酸锂的极化特性,对在铌酸锂晶体中写入畴结构的常用方法——外电场极化法方法,以及观测畴结构的方法一腐蚀法和光学方法,进行了介绍。我们提出了一种提高铌酸锂晶体中锂浓度的新方法——榕体扩散法,在高温下通过Li+从锂离子晶体熔融液向铌酸锂晶体内的扩散来提高锂浓度到摘要接近化学比,来降低铌酸锂晶体的矫顽场,从而降低反转电压。本章最后对本论文中畴结构的写入和观测系统进行了介绍。我们通过减小铌酸锂晶体在c轴方向上的尺度到几十微米,将铌酸锂晶体的反转电压控制在大约1kv~。利用高精度平移台和转动台、D等设备搭建了一个铌酸锂晶体薄片的二维铁电畴反转扫描系统,实现了对铌酸锂晶体铁电畴结构的实时反转、监测和控制。第三章主要介绍铌酸锂晶体畴结构在集成光学中的应用。我们在铌酸锂晶体中写入条形铁电畴,沿着适当的方向施加外电场,发现该畴结构具有波导的性质,并且外加电场的大小可以控制畴结构的导光能力。基于这个现象,我们在铌酸锂晶体薄片中制备出外加电场调控的Y结和三叉光束分束器。第四章主要介绍铌酸锂晶体的极化特性在二元光学中的应用。我们在铌酸锂晶体中写入了具有菲涅尔波带片形状的铁电畴结构。在沿着c轴方向施加外电场时,由于畴结构区域与未反转区域折射率不同导致沿c轴方向入射的均匀光出射相位不同,该结构具有相位型菲涅尔波带片的性质,并且该结构的聚焦能力与外加电场的大小有关。另外我们还尝