光子晶体的制备论文ppt

1、光电晶体制备方法调研班级：姓名：学号：指导教师：1.光电晶体的概述 在外加电厂的作用下，晶体的折射率发生变化的材料被称为光电晶体。光电晶体通常指具有一次光电效应的晶体，目前, 最常用的是线性电光晶体, 从结晶化学角度可分为KDP型，ABO3，AB型化合物晶体和其他杂质类晶体。 对光电晶体的材料性能要求：晶体的电光系数大, 因此用于电光开关时其半波电压低; 折射率大, 光学均匀性好;透明波段范围宽,抗光损伤能力强;物理化学性质稳定, 易加工;容易获得高光学质量的大尺寸单晶。光电晶体研究现状二十世纪80年代开始，我国科研团队陆续发现一系列新型非线性光学晶体，但是，目前还没有更进一步的研究和发展，没

2、有提出相应的理论和模型，二十世纪六十年代，一些科学家发现了晶体紫外吸收带与晶体折射率的关系；贝尔实验室研究出非简谐振荡模型，用于解释电光效应；计算钙钛矿晶体电光效应，发展了KTN等二次电光晶体、LiNbO3 和KH2PO4 两种实用线性电光晶体。八十年代，物理学家提出了晶体电光系数的通用表达式。目前这一理论能够解释光电晶体的电光效应。光电晶体的性质外电场作用于晶体材料所产生的电光效应分为两种，一种是泡克耳斯效应，这是一种线性电-光效应，并且其折射率的改变和所加电场的大小成正比，产生这种效应的晶体通常是不具有对称中心的各向异性晶体，如铌酸锂（LiNbO3），钽酸锂（LiTaO3）；另一种是克尔效

3、应，折射率与电场二次方成正比的电感应双折射现象，产生这种效应的晶体通常是具有任意对称性质的晶体或各向同性介质。折射率椭球折射率椭球描述的是材料在不同方向上的介电性能，其方程为 对于任一特定的晶体，折射率椭球由其光学性质（主介电常数和主折射率）唯一确定。 折射率椭球的性质1： 两个特许偏振光的折射率分别等于两个主轴的半长轴。2：两个特许偏振光的震动方向分别平行于主轴的方向。光电晶体的应用 已实用的电光晶体主要是一些高电光品质因子的晶体和晶体薄膜。在可见波段铌酸锂、钽酸锂这两种晶体有低的半波电压，物理化学性能稳定，应用较为广泛。在红外波段，实用的电光晶体主要是砷化镓和碲化镉等半导体晶体。电光晶体主

4、要用于制作光调制器、扫描器、光开关、倍频等器件。光调制器 光调制器是高速、短距离光通信的关键器件，在光通讯中用于控制光的强度。光调制器按照其调制原理可分为电光、热光、声光、全光等，它们所依据的基本理论是各种不同形式的电光效应、声光效应、磁光效应、量子阱Stark效应、载流子色散效应等。其中电光调制器是通过电压或电场的变化最终调控输出光的折射率、吸收率、振幅或相位的器件，按所加的电厂和光通向的关系分为横向和纵向的电光调制器。声光调制是一种外调制技术，声光介质和压电换能器构成，用来控制激光束强度的变化，声光调制与电光调制相比，它有更高的消光比。倍频 倍频器使输出信号频率等于输入信号频率整数倍的电路

5、。利用非线性电路产生高次谐波或者利用频率控制回路都可以构成它。输入频率为f1，则输出频率为f0=nf1，系数n为任意正整数，称倍频次数。 倍频器用途广泛，如发射机采用倍频器后可使主振器振荡在较低频率，以提高频率稳定度；调频设备用倍频器来增大频率偏移；在相位键控通信机中，倍频器是载波恢复电路的一个重要组成单元。 2晶体生长简介 物质在一定温度、压力、浓度、介质、pH等条件下由气相、液相、固相转化，形成特定线度尺寸晶体的过程称为晶体生长。晶体生成的一般过程是先生成晶核，而后再逐渐长大。一般认为晶体从液相或气相中的生长有三个阶段：介质达到过饱和、过冷却阶段；成核阶段；生长阶段。晶体生长理论 晶体生长

6、的理论有 ： 1层生长理论，论述在晶核的光滑表面上生长一层原子面时，质点在界面上进入晶格座位的最佳位置是具有三面凹入角的位置。其质点在生长中的晶体表面上可能有的生长位置有K曲面和S阶梯面、A面。其中最不利的是A生长面。 2布拉维法则，根据晶体上不同晶面的相对生长速度与网面上结点的密度成反比的推论引导而出的。所谓晶面生长速度是指单位时间内晶面在其垂直方向上增长的厚度。即实际晶体的晶面常常平行网面结点密度最大的面网。 影响晶体生长的几种主要的外部因素有涡流温度 杂质 粘度 结晶速度。2.2晶体生长方法 晶体生长方法有：提拉法、热交换法、水平结晶法、导模法、坩埚下降法、水热法、区域熔融法。其中热交换

7、的实质是熔体在坩埚内直径凝固。它与坩埚移动法的区别是在这种方法中，坩埚不做任何方向的移动。 提拉法的基本原理：提拉法是将构成晶体的原料放在坩埚中加热熔化，在熔体表面接籽晶提拉熔体，在受控条件下，使籽晶和熔体在交界面上不断进行原子或分子的重新排列，随降温逐渐凝固而生长出单晶体。提拉法提拉法的生长工艺首先将待生长的晶体的原料放在耐高温的坩埚中加热熔化，调整炉内温度场，使熔体上部处于过冷状态；然后在籽晶杆上安放一粒籽晶，让籽晶接触熔体表面，待籽晶表面稍熔后，提拉并转动籽晶杆，使熔体处于过冷状态而结晶于籽晶上，在不断提拉和旋转过程中，生长出圆柱状晶体。 提拉法的装置由五部分组成：加热系统、坩埚和籽晶夹

8、、传动系统、气氛控制系统、后加热器。铌酸锂晶体 3.1铌酸锂晶体的结构和物性 铌酸锂是应用前景最为广泛的多功能晶体,具有良好的压电,热电和声学特性,集电光、声光、及非线性效应于一身,是重要的光电功能材料。其结构和物性将决定晶体在极化及激光频变过程中的性能,例如在极化中的矫顽场、翻转畴成核特性、畴翻转均匀性等; 在频率转换过程中的非线性系数、 损耗、光折变特性等,具有重要 的意义。本章讨论代表性光电 晶体铌酸锂提拉法制备方法。3.铌酸锂晶体的结构 铌酸锂(LiNb03)为负单轴 铁电晶体,具有AB03结构。下面我们以铌酸锂晶体为例,介绍一下这类晶体的基本结构。铌酸锂整个晶体可以看成由氧八面体组成,相邻氧八面体有共同的顶点1。氧八面体以共面的形式叠置起来形成堆操,公共面与氧八面体三重轴垂直,许多堆操再以八面体共棱的形式连接起来形成晶体(如图3.1所示)3铌酸锂晶体制备方法 提拉法以碳酸锂、五氧化二铌为原料制备铌酸锂：将碳酸锂和五氧化二铌放入铂金坩埚中，沿(001)方向生长晶体。为得到优质无色透明圆柱体，必须在晶体生长的两个方向的两个端面的温度略高于居里温度时，再加一个适当大小的电场，形成晶体后将晶体冷却至室温，即制得铌酸锂晶体。 3.3铌酸锂晶体的应用铌酸锂在微波技术中用于调Q开关、光电调制、倍频、光参量振荡；其中电光调制器开关速度快,结构简单.因此,在混合型光学双稳器件