基于钽铌酸钾晶体的电控光束偏转性能研究-光学专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 Classified Index: O437 U.D.C: 535 Dissertation for the Master Degree in Science STUDY OF ELECTRODEFLECTOR BASED ON POTASSIUM TANTALATE NIOBATE Candidate： Wu You Supervisor： Associate Prof. Gong Dewei Academic Degree Applied for： Master Degree of Science Speciality： Optics Affiliation： Department of Physics Date of Defence： June, 2014 Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology 哈尔 哈尔滨工业大学理学硕士学位论文 摘 要 随着信息时代的到来，如何高效地传输和处理巨量信息成为了当今亟待解 决的问题。针对这个问题，人们提出了光网络和光通信的概念。随之而来，具 有高稳定性、高集成化且性能可调的光学器件开发成了当务之急。由于激光具 有高度的方向性，光网络中光束方向的精确控制和定位显得尤为重要。由于大 部分光束偏转器都是基于机械部件、声光材料、液晶等，且制作复杂，偏转器 的响应时间以及重复性都不是特别理想。关于电光式偏转器，响应速度，快制 作简单，但是一般电光偏转器的驱动电压高，驱动电压高的原因是偏转器所采 用的电光材料的电光系数低。为了解决这个问题，我们需要寻找电光性能优良 的电光材料。立方相二次电光材料钽铌酸钾（KTa1-xNbxO3，KTN）是目前发现 的二次电光系数最大的电光材料之一，而且电光响应时间在 10-9s 左右。因此本 文决定利用 KTN 晶体优越的二次电光性能来制作出电控光束偏转器，并研究该 器件的相关性能。 首先，本文研究钽铌酸钾晶体的生长过程和基本物理性质。晶体生长包括 配料、预烧结、化料、收径、放肩、直拉和降温，每个过程都会对最终得到的 晶体质量有较大影响。随后将晶体进行处理得到晶体 1 和晶体 2，并对它们进 行了介电测量和红外透射谱测量。 然后，本文研究了钽铌酸钾单晶的电光性质。介绍了钽铌酸钾单晶的二次 电光效应的相关概念和理论以及相关的电光系数测量方法，并测得晶体的二次 电光系数，对于应用于电光器件制造领域有重要意义。 最后，研究了 KTN 电控偏转器偏转性能与外加电场大小和出射光强度入射 光偏振态的关系，同时提出了一种电控起偏器，然后设计出了基于 KTN 单晶的 二维电控光束偏转系统。接着，我们提出了一维和二维电控光学分束系统，并 从实验和理论方面进行了研究。然后对晶体的偏转机理进行了猜测和理论研究， 进行了猜测下偏转角度和出射光光强的理论推导。最后用电子探针实验探测晶 体的元素成分分布，为猜测提供一定的佐证。 该研究会对电光器件的制造领域提供一些实验和理论上的依据，对电光器 件的发展起到一定的推动作用。 关键词：钽铌酸钾晶体；电控光束偏转；电控起偏器 ；电控光学分束 - I - Abstract With the coming of the age of information, transporting and treating huge amount of information with high efficiency is becoming a serious question. With respect to this, the concept of optical-network and optical-communication technology has been put forward. At the same time, the fabrication of optical devices with high stability, high integration and tunability has been the urgent affair.Because laser has highly directionality, the steering of beam propagation direction appears to be so important. As with most beam deflectors being based on machanical components, acousto-optic materials, liquid crystals and so on. Their craftmanship is com