钛酸钡晶体的可控光束偏转性能研究

作     者：王传智 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：宫德维

授予年度：2020年

学科分类：070207[理学-光学] 07[理学] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：钛酸钡晶体 温度分布 电光效应 光束偏转 

摘      要：目前迅速发展的信息化时代要求我们不断对通讯领域进行创新与发展,这不仅是为了满足人们的正常生活需求,也是为了未来的民族复兴。对于光通讯领域,人们已经探究了许多年。其中,光束偏转的研究更是光通讯领域的热门方向。而光束偏转的材料与方式已经引起众人的关注,更是不断地对其创新与研究。基于电光材料的光束偏转发展非常迅速,人们对许多电光材料都展开了研究,主要是探究光束偏转的方式以及偏转范围。钛酸钡晶体(BaTiO),是一种典型的ABO型的钙钛矿材料,属于铁电材料,具有良好的铁电性、介电性、压电性以及非线性光学特性等属性。基于钛酸钡晶体的光束偏转研究非常的少,但是作为生长技术成熟,性能优良的电光材料应该在光束偏转领域发挥出其优秀的性能表现。本文主要研究了基于钛酸钡晶体的温度效应与电光效应实现了光束偏转,达到了低损耗、低成本以及响应迅速的偏转效果。首先,对钛酸钡晶体的折射率与施加温度之间的关系进行了理论分析,并通过对电光效应关系的分析,设计出相应的电场梯度,从而在理论上实现了光束偏转,达到了科学的创新性。然后,搭建出了温控装置,利用加热片与制冷片以及温控表等实验器材,设计出了可以高精度控制温度梯度的温控装置,将钛酸钡晶体置于温控平台上,可以实现稳定可靠的光束偏转现象。相比于其他基于温度场的光束偏转实验,本实验在控制上精度非常高,可以预先设定参数,操作过程也非常的简单。本文还对温度梯度分布进行了测试,与假设基本一致。本文还搭建出了一维与二维分光系统,在分光上实现了高精度与低损耗的效果。最后,对样品进行了电极设计,构建出了呈梯度变化的电场,利用钛酸钡晶体的线性电光效应,实现了基于钛酸钡晶体的电控光束偏转。通过对电场的模拟仿真,对电场分布有了更加详细的理解,与假设基本符合。本文最后还将温控实验与电控实验结合一起得到了更大的偏转角度,研究了温度场对线性电光效应参数中的折射率以及电光系数的影响,对影响的理论值进行了探讨,其实验结果与理论基本符合,从而完成了基于钛酸钡晶体的可控光束偏转的研究。本文从研究材料上为光束偏转领域又提供了一种比较稳定可靠的电光材料,为应用领域增加了材料的选择。对温控方式的研究,帮助人们更好地理解温度效应对光束偏转的积极作用。最后创新性地设计了纯钛酸钡晶体电极,同样可以实现基于电控的光束偏转,这为偏转方式提供了一种新的可能性。本文为光束偏转领域的发展提供了重要的研究意义与价值。