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钽铌酸钾(KTa1-xNbxO3;简称KTN)晶体是一种性能优良的多功能晶体,具有显著的电光效应和光折变效应,该晶体一般采用熔体法生长,具有良好的热稳定性、化学稳定性和机械稳定性。基于上述优点,KTN晶体在非线性光学、光存储、光通讯及光电子等领域都具有广泛的应用。
KTN晶体是铌酸钾(KNbO3,KN)和钽酸钾(KTaO3,KT)的固熔体混晶,在室温下,KTN晶体随组分不同既可以以顺电相(立方相),又可以以铁电相(四方相或正交相)存在。晶体相变点可以通过Ta/Nb含量比调节,而晶体的各项物理性质也随组分不同而有所不同,所以我们可以根据不同的实验需要,通过调节晶体的组分来调节晶体的物理性质,针对某一专门应用设计或优化晶体性能,这是KTN晶体的特点和优点。由于优异的电光性能和光折变性能,KTN晶体在光束偏转器、Q开关、高速光快门、全息存储、光强度调制器、光位相调制器等领域都有着广泛的应用前景;同时KTN还作为一种优秀的薄膜材料,衬底材料有着广泛的应用。
本论文主要研究内容包括:
一、KTN晶体结构和相变,KTN晶体是KT和KN晶体固熔体混晶,具有ABO3型的钙钛矿结构。在室温下,KTN晶体随组分不同既可以以顺电相(立方相),又可以以铁电相(四方相或正交相)存在。KTN晶体的结构特点一直吸引着众多学者的研究兴趣,这是因为KTN晶体结构具有一定的特殊性:绝大部分组分的KTN晶体从高温到低温会经历立方-四方-正交的多次相变,相变温度则随晶体组分的不同而呈现有规律的变化,而晶体的许多物理性质在相变点,特别是相变点附近会呈现出优异的突变特征,同时KTN晶体的相变点可以通过调节晶体组分加以调节,这给KTN晶体的应用带来很大优势,我们可以专门设计某一组分的KTN晶体来满足某一应用需要。本论文中我们采用X射线粉末衍射方法对不同组分的KTN晶体结构进行了研究,利用Rietveld精修的方法得到晶胞参数,并讨论了晶体的相变特点。
二、KTN晶体的基本物理性质,研究了KTN晶体的线性光学基本物理性质,讨论了性质随晶体组分的变化特征,并结合晶体的结构特点讨论了这些基本物理性质对晶体应用的影响。为讨论晶体的光学应用,测量了晶体的折射率;测量结果表明KTN晶体的折射率随组分中Nb含量增加而有所增大。电光效应的应用研究:KTN晶体具有目前已知材料中最大的二次电光系数,电光效应是KTN晶体的特征物理效应。