鉀鈉鈮酸鍶鋇的性質(zhì)與應(yīng)用

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1、鉀鈉鈮酸鍶鋇的性質(zhì)與應(yīng)用一、晶體簡(jiǎn)介四方鎢青銅型結(jié)構(gòu)的鈮酸鍶鋇以其大的電光系數(shù)、熱釋電系數(shù)，高的光折變靈敏度以及良好的壓電特性廣泛地應(yīng)用于電光調(diào)制器、熱釋電紅外探測(cè)器、全息成像存儲(chǔ)器等方面.。SBN晶體的縱向電光系數(shù)較大，而橫向電光系數(shù)r51數(shù)值較小，在很大程度上限制了其使用范圍。此外，由于SBN晶體具有非完全填充型的結(jié)構(gòu)，晶體中只有5/6A空位被Sr2+、Ba2+填充，導(dǎo)致了其在強(qiáng)激光作用下容易引起相關(guān)器件的損傷。經(jīng)過大量研究，人們發(fā)現(xiàn)在SBN晶體中摻雜適當(dāng)?shù)碾x子可以有效地提高其橫向電光系數(shù)。鉀鈉鈮酸鍶鋇晶體（KNSBN），由于堿金屬離子的填充，使晶體不僅具有較大的橫向電光系數(shù)(其r51值

2、可達(dá)到400pm/V)，而且其抗激光損傷閾值能夠達(dá)到600MW/cm2(4pps)，這兩個(gè)優(yōu)良的特性使KNSBN晶體在大功率激光調(diào)制器、光開關(guān)等集成光學(xué)器件方面具有廣闊的發(fā)展前景。二、晶體生長(zhǎng)對(duì)KNSBN系列的晶體來講，一般采用拉晶法培養(yǎng)晶體。該系列晶體的特點(diǎn)是導(dǎo)熱系數(shù)非常小，如果溫場(chǎng)設(shè)計(jì)不合理難以進(jìn)行單晶生長(zhǎng)，大直徑晶體更是如此。所以，設(shè)計(jì)合理的溫場(chǎng)是大直徑晶體的生長(zhǎng)關(guān)鍵。用于晶體生長(zhǎng)的設(shè)備是DJL-400型中頻感應(yīng)加熱系統(tǒng)，使用的鉑坩堝尺寸為Φ(60～80)mm×(35～45)mm。為了創(chuàng)造一種合理的溫場(chǎng)，我們將坩堝和后加熱器做成特殊的形狀，連同保溫材料構(gòu)成一種可調(diào)整的溫場(chǎng)系統(tǒng)。經(jīng)反復(fù)實(shí)

3、驗(yàn)，適于大直徑晶體生長(zhǎng)的縱向靜態(tài)溫場(chǎng)如圖1所示。比較典型的工藝參數(shù)是：晶體沿c軸提拉；每小時(shí)拉速3～6mm；晶體轉(zhuǎn)速每分鐘6～25轉(zhuǎn)。用上述條件生長(zhǎng)的晶體示于圖2。比較典型的尺寸為：直徑30～40mm，長(zhǎng)度20～50mm。結(jié)論分析表明：不同m值的晶體，其a、c兩晶胞參數(shù)均隨之變化，但它們的c/a軸率比變化是很小的，約在0.5％nm之內(nèi)。這一結(jié)果說明，不同m值的晶體，其結(jié)構(gòu)基元框架沒有發(fā)生大畸變，但是，這種微小的結(jié)構(gòu)變化，仍能使晶體在宏觀上表現(xiàn)出完全不同的結(jié)晶狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明：A位填充度對(duì)晶體的結(jié)晶形態(tài)有很大的影響。實(shí)驗(yàn)上證明，稀土離子進(jìn)入SBN晶體的晶格中，主要占據(jù)點(diǎn)陣中的A1格位。三、摻

4、釩晶體光誘導(dǎo)吸收摻釩使鉀鈉鈮酸鍶鋇晶體在波長(zhǎng)400～700nm之間產(chǎn)生了吸收帶，并且隨著摻釩量的增加，晶體在400～700nm波長(zhǎng)范圍的光吸收增大。圖2給出了測(cè)量光誘導(dǎo)吸收實(shí)驗(yàn)示意圖。實(shí)驗(yàn)中，我們用擴(kuò)束后的氬離子激光以（λ=457nm)作泵浦光，使其均勻照射到晶體樣品；用低能He-Ne激光以（λ=633mm)作探測(cè)光，使其在垂直于泵浦光方向上，沿著晶體內(nèi)表面通過晶體，并記錄透射的變化。光誘導(dǎo)吸收系數(shù)α1定義為：Ia和Ip分別為探測(cè)光和泵浦光的光強(qiáng)，d為探測(cè)光通過的晶體厚度(本實(shí)驗(yàn)中d=3.66mm)。圖3給出了在光強(qiáng)I=640mw/c㎡時(shí)，S1、S2、S3晶體樣品在泵浦光打開時(shí)的光誘導(dǎo)吸收響

5、應(yīng)上升曲線。圖4給出了KNSBN：V晶體的穩(wěn)態(tài)光誘導(dǎo)吸收系數(shù)隨泵浦光強(qiáng)的關(guān)系。從圖4中可以看出：穩(wěn)態(tài)光誘導(dǎo)吸收系數(shù)隨泵浦光強(qiáng)增加而增大，并最終趨于一飽和值。穩(wěn)態(tài)光誘導(dǎo)吸收系數(shù)與探測(cè)束偏振方向有關(guān)。探測(cè)束偏振方向平行于晶體c軸比探測(cè)束偏振方向垂直于晶體c軸的光誘導(dǎo)吸收要大得多，前者最大值可達(dá)0.55/cm，后者只有0.22/cm，其比值約為2.5。光誘導(dǎo)吸收時(shí)間響應(yīng)率定義為：光誘導(dǎo)吸收系數(shù)達(dá)到穩(wěn)態(tài)光誘導(dǎo)吸收系數(shù)值的(1—1/e)時(shí)所需時(shí)間的倒數(shù)。圖5給出了KNSBN：V晶體光誘導(dǎo)吸收時(shí)間響應(yīng)率隨著泵浦光強(qiáng)的變化關(guān)系。從圖5中可以看出：隨著泵浦光強(qiáng)的增加光誘導(dǎo)吸收時(shí)間響應(yīng)率近線性地增加，亦即泵浦

6、光強(qiáng)越強(qiáng)，晶體光誘導(dǎo)吸收時(shí)間越快。探測(cè)束光偏振對(duì)光誘導(dǎo)吸收時(shí)間響應(yīng)率影響不是很大。探測(cè)束偏振方向平行于晶體c軸比探測(cè)束偏振方向垂直于晶體c軸的光誘導(dǎo)吸收時(shí)間響應(yīng)率大，亦即探測(cè)束偏振方向平行于晶體c軸比探測(cè)束偏振方向垂直于晶體c軸的誘導(dǎo)吸收時(shí)間響應(yīng)快。四、晶體作為自泵浦相位共軛器件摻鈰鉀鈉鈮酸鍶鋇(KNSBN)晶體已被用于多種波長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)自泵浦相位共軛。這些器件均被設(shè)計(jì)成正方或長(zhǎng)方體，利用光散射效應(yīng)及晶體棱角的全反射，形成有兩個(gè)作用區(qū)的四波混頻，產(chǎn)生相位共軛光。這類自泵浦相位共軛鏡被統(tǒng)稱為CATPPCM，它很容易在BaTjO3晶體中實(shí)現(xiàn)，但在其他光折變晶體中(如SBN)卻并非如此。我們?cè)贙NSBN

7、晶體中的實(shí)驗(yàn)表明，并不是每一塊晶體均可作為理想的CATPPCM器件，而且這種器件響應(yīng)較慢，限制了其應(yīng)用。另一種自泵浦相位共軛鏡是利用了入射光束被晶體棱角全反射形成環(huán)形回路的單區(qū)作用，被稱為RINGPPCM，這種器件的特點(diǎn)是閾值低，響應(yīng)快，但共軛光質(zhì)量不及CATPPCM。圖1(a)是利用外加反射鏡形成RINGPPCM的原理圖。入射光束1經(jīng)晶體后被M1、M2反射重新入射到晶體中并與光束1相交形成泵浦光束2。與泵浦