光子晶體的制備論文.ppt

1、LOGO光電晶體制備方法調(diào)研光電晶體制備方法調(diào)研n班級：班級：n姓名：姓名：n學號：學號：n指導教師：指導教師：1.光電晶體的概述光電晶體的概述u 在外加電廠的作用下，晶體的折射率發(fā)生變化的材料被稱為光電晶體。光電晶體通常指具有一次光電效應的晶體，目前, 最常用的是線性電光晶體, 從結(jié)晶化學角度可分為KDP型，ABO3，AB型化合物晶體和其他雜質(zhì)類晶體。u 對光電晶體的材料性能要求：晶體的電光系數(shù)大, 因此用于電光開關時其半波電壓低; 折射率大, 光學均勻性好;透明波段范圍寬,抗光損傷能力強;物理化學性質(zhì)穩(wěn)定, 易加工;容易獲得高光學質(zhì)量的大尺寸單晶。光電晶體研究現(xiàn)狀光電晶體研究現(xiàn)狀u 二十世

2、紀80年代開始，我國科研團隊陸續(xù)發(fā)現(xiàn)一系列新型非線性光學晶體，但是，目前還沒有更進一步的研究和發(fā)展，沒有提出相應的理論和模型，二十世紀六十年代，一些科學家發(fā)現(xiàn)了晶體紫外吸收帶與晶體折射率的關系；貝爾實驗室研究出非簡諧振蕩模型，用于解釋電光效應；計算鈣鈦礦晶體電光效應，發(fā)展了KTN等二次電光晶體、LiNbO3 和KH2PO4 兩種實用線性電光晶體。八十年代，物理學家提出了晶體電光系數(shù)的通用表達式。目前這一理論能夠解釋光電晶體的電光效應。光電晶體的性質(zhì)光電晶體的性質(zhì)u外電場作用于晶體材料所產(chǎn)生的電光效應分為兩種，一種是泡克耳斯效應，這是一種線性電-光效應，并且其折射率的改變和所加電場的大小成正比，

3、產(chǎn)生這種效應的晶體通常是不具有對稱中心的各向異性晶體，如鈮酸鋰（LiNbO3），鉭酸鋰（LiTaO3）；另一種是克爾效應，折射率與電場二次方成正比的電感應雙折射現(xiàn)象，產(chǎn)生這種效應的晶體通常是具有任意對稱性質(zhì)的晶體或各向同性介質(zhì)。折射率橢球折射率橢球u 折射率橢球描述的是材料在不同方向上的介電性能，其方程為折射率橢球描述的是材料在不同方向上的介電性能，其方程為 對于任一特定的晶體，折射率橢球由其光學性質(zhì)（主介電常數(shù)和對于任一特定的晶體，折射率橢球由其光學性質(zhì)（主介電常數(shù)和主折射率）唯一確定。主折射率）唯一確定。 折射率橢球的性質(zhì)折射率橢球的性質(zhì)1 1： 兩個特許偏振光的折射率分別等于兩個主兩個特

4、許偏振光的折射率分別等于兩個主軸的半長軸。軸的半長軸。2 2：兩個特許偏振光的震動方向分別平行于主軸的方：兩個特許偏振光的震動方向分別平行于主軸的方向。向。光電晶體的應用光電晶體的應用 已實用的電光晶體主要是一些高電光品質(zhì)因子的晶體和晶體薄膜。在可見波段鈮酸鋰、鉭酸鋰這兩種晶體有低的半波電壓，物理化學性能穩(wěn)定，應用較為廣泛。在紅外波段，實用的電光晶體主要是砷化鎵和碲化鎘等半導體晶體。電光晶體主要用于制作光調(diào)制器、掃描器、光開關、倍頻等器件。光調(diào)制器光調(diào)制器 光調(diào)制器是高速、短距離光通信的關鍵器件，在光通訊中用于控制光的強度。光調(diào)制器按照其調(diào)制原理可分為電光、熱光、聲光、全光等，它們所依據(jù)的基本

5、理論是各種不同形式的電光效應、聲光效應、磁光效應、量子阱Stark效應、載流子色散效應等。其中電光調(diào)制器是通過電壓或電場的變化最終調(diào)控輸出光的折射率、吸收率、振幅或相位的器件，按所加的電廠和光通向的關系分為橫向和縱向的電光調(diào)制器。聲光調(diào)制是一種外調(diào)制技術，聲光介質(zhì)和壓電換能器構(gòu)成，用來控制激光束強度的變化，聲光調(diào)制與電光調(diào)制相比，它有更高的消光比。倍頻倍頻 倍頻器使輸出信號頻率等于輸入信號頻率整數(shù)倍的電路。利用非線性電路產(chǎn)生高次諧波或者利用頻率控制回路都可以構(gòu)成它。輸入頻率為f1，則輸出頻率為f0=nf1，系數(shù)n為任意正整數(shù)，稱倍頻次數(shù)。 倍頻器用途廣泛，如發(fā)射機采用倍頻器后可使主振器振蕩在較

6、低頻率，以提高頻率穩(wěn)定度；調(diào)頻設備用倍頻器來增大頻率偏移；在相位鍵控通信機中，倍頻器是載波恢復電路的一個重要組成單元。 2晶體生長簡介 物質(zhì)在一定溫度、壓力、濃度、介質(zhì)、pH等條件下由氣相、液相、固相轉(zhuǎn)化，形成特定線度尺寸晶體的過程稱為晶體生長。晶體生成的一般過程是先生成晶核，而后再逐漸長大。一般認為晶體從液相或氣相中的生長有三個階段：介質(zhì)達到過飽和、過冷卻階段；成核階段；生長階段。晶體生長理論晶體生長理論 晶體生長的理論有 ： 1層生長理論，論述在晶核的光滑表面上生長一層原子面時，質(zhì)點在界面上進入晶格座位的最佳位置是具有三面凹入角的位置。其質(zhì)點在生長中的晶體表面上可能有的生長位置有K曲面和S

7、階梯面、A面。其中最不利的是A生長面。 2布拉維法則，根據(jù)晶體上不同晶面的相對生長速度與網(wǎng)面上結(jié)點的密度成反比的推論引導而出的。所謂晶面生長速度是指單位時間內(nèi)晶面在其垂直方向上增長的厚度。即實際晶體的晶面常常平行網(wǎng)面結(jié)點密度最大的面網(wǎng)。 影響晶體生長的幾種主要的外部因素有渦流溫度 雜質(zhì) 粘度 結(jié)晶速度。2.2晶體生長方法晶體生長方法 晶體生長方法有：提拉法、熱交換法、水平結(jié)晶法、導模法、坩堝下降法、水熱法、區(qū)域熔融法。其中熱交換的實質(zhì)是熔體在坩堝內(nèi)直徑凝固。它與坩堝移動法的區(qū)別是在這種方法中，坩堝不做任何方向的移動。 提拉法的基本原理：提拉法是將構(gòu)成晶體的原料放在坩堝中加熱熔化，在熔體表面接籽

8、晶提拉熔體，在受控條件下，使籽晶和熔體在交界面上不斷進行原子或分子的重新排列，隨降溫逐漸凝固而生長出單晶體。提拉法提拉法u 提拉法的生長工藝首先將待生長的晶體的原料放在耐高溫的坩堝中加熱熔化，調(diào)整爐內(nèi)溫度場，使熔體上部處于過冷狀態(tài)；然后在籽晶桿上安放一粒籽晶，讓籽晶接觸熔體表面，待籽晶表面稍熔后，提拉并轉(zhuǎn)動籽晶桿，使熔體處于過冷狀態(tài)而結(jié)晶于籽晶上，在不斷提拉和旋轉(zhuǎn)過程中，生長出圓柱狀晶體。u 提拉法的裝置由五部分組成：加熱系統(tǒng)、坩堝和籽晶夾、傳動系統(tǒng)、氣氛控制系統(tǒng)、后加熱器。鈮酸鋰晶體鈮酸鋰晶體 3.13.1鈮酸鋰晶體的結(jié)構(gòu)和物性鈮酸鋰晶體的結(jié)構(gòu)和物性 鈮酸鋰是應用前景最為廣泛的多功能晶體,具

9、有良好的壓電,熱電和聲學特性,集電光、聲光、及非線性效應于一身,是重要的光電功能材料。其結(jié)構(gòu)和物性將決定晶體在極化及激光頻變過程中的性能,例如在極化中的矯頑場、翻轉(zhuǎn)疇成核特性、疇翻轉(zhuǎn)均勻性等; 在頻率轉(zhuǎn)換過程中的非線性系數(shù)、 損耗、光折變特性等,具有重要 的意義。本章討論代表性光電 晶體鈮酸鋰提拉法制備方法。3.鈮酸鋰晶體的結(jié)構(gòu)鈮酸鋰晶體的結(jié)構(gòu)u 鈮酸鋰(LiNb03)為負單軸 鐵電晶體,具有AB03結(jié)構(gòu)。下面我們以鈮酸鋰晶體為例,介紹一下這類晶體的基本結(jié)構(gòu)。鈮酸鋰整個晶體可以看成由氧八面體組成,相鄰氧八面體有共同的頂點1。氧八面體以共面的形式疊置起來形成堆操,公共面與氧八面體三重軸垂直,許多

10、堆操再以八面體共棱的形式連接起來形成晶體(如圖3.1所示)3鈮酸鋰晶體制備方法鈮酸鋰晶體制備方法u 提拉法以碳酸鋰、五氧化二鈮為原料制備鈮酸鋰：將碳酸鋰和五氧化二鈮放入鉑金坩堝中，沿(001)方向生長晶體。為得到優(yōu)質(zhì)無色透明圓柱體，必須在晶體生長的兩個方向的兩個端面的溫度略高于居里溫度時，再加一個適當大小的電場，形成晶體后將晶體冷卻至室溫，即制得鈮酸鋰晶體。 3.3鈮酸鋰晶體的應用鈮酸鋰晶體的應用u鈮酸鋰在微波技術中用于調(diào)鈮酸鋰在微波技術中用于調(diào)Q開關、光電調(diào)制、開關、光電調(diào)制、倍頻、光參量振蕩；其中電光調(diào)制器開關速度快倍頻、光參量振蕩；其中電光調(diào)制器開關速度快,結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)簡單.因此因此,在混合型光學雙穩(wěn)器件等方面有廣在混合型光學雙穩(wěn)器件等方面有廣泛的應用泛的應用.電光調(diào)制根據(jù)所施加的電場方向的不同電光調(diào)制根據(jù)所施加的電場方向的不同,可分為縱向電光調(diào)制和橫向電光調(diào)制可分為縱向電光調(diào)制和橫向電光調(diào)制.u摻加一定量的鐵和其他金屬雜質(zhì)的摻加一定量的鐵和其他金屬