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Journal of Semiconductors 1997年第9期18卷 654-659页

作者：周凯明李江李乙钢郭儒张光寅潘士宏李瑞钢朱战平梁基本南开大学物理系天津300071 中国科学院半导体研究所北京100083

本文研究了低温生长分子束外延GaAs薄膜的光电子性质．我们测量了它的I-V特性；用电调制透射谱测量了电吸收和电折变，并由此分析了它的带边共振吸收平方电光效应；用二波混合的方法测量了它的光折变性质．对两种方法得到的电吸收和电... 详细信息

本文研究了低温生长分子束外延GaAs薄膜的光电子性质．我们测量了它的I-V特性；用电调制透射谱测量了电吸收和电折变，并由此分析了它的带边共振吸收平方电光效应；用二波混合的方法测量了它的光折变性质．对两种方法得到的电吸收和电折变作了分析比较．

关键词：砷化镓分子束外延生长二次电光效应

极化子效应对ZnS/CdSe量子点三阶极化率的影响

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发光学报 2009年第4期30卷 535-540页

作者：陈知红王军延方天红孝感学院物理与电子信息工程学院湖北孝感432000

在有效质量近似下,利用量子力学的密度矩阵理论,采用无限深势阱模型,从理论上计算了考虑极化子效应后在导带子带间跃迁时ZnS/CdSe柱型核壳结构量子点二次电光效应(QEOE)和电吸收过程(EA)的三阶极化率。通过数值计算,分析了电子-LO声子... 详细信息

在有效质量近似下,利用量子力学的密度矩阵理论,采用无限深势阱模型,从理论上计算了考虑极化子效应后在导带子带间跃迁时ZnS/CdSe柱型核壳结构量子点二次电光效应(QEOE)和电吸收过程(EA)的三阶极化率。通过数值计算,分析了电子-LO声子和电子-IO声子相互作用对ZnS/CdSe柱型核壳结构量子点二次电光效应和电吸收过程的三阶极化率的影响。结果表明,极化子效应对二次电光效应的三阶极化率χQEDE(3)和电吸收过程的三阶极化率χE(3A)都有很大影响,并且影响的大小与量子点的尺寸大小有关。

关键词：非线性光学三阶极化率极化子效应二次电光效应电吸收过程

基于Mach-Zehnder干涉仪的扫描限幅法用于啁啾脉冲频谱整形

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光电子．激光 2018年第7期29卷 703-707页

作者：叶荣钟哲强吴显云谭航成都师范学院物理与工程技术学院四川成都611130 四川大学电子信息学院四川成都610064

为了补偿啁啾脉冲放大(CPA)中的光谱增益窄化效应,需要对种子激光脉冲进行频谱整形。基于内置KTN电光晶体的Mach-Zehnder干涉仪,提出了一种用于啁啾激光脉冲频谱整形的扫描限幅方法。从理论上分析了KTN电光晶体上加载的静态电压和动态... 详细信息

为了补偿啁啾脉冲放大(CPA)中的光谱增益窄化效应,需要对种子激光脉冲进行频谱整形。基于内置KTN电光晶体的Mach-Zehnder干涉仪,提出了一种用于啁啾激光脉冲频谱整形的扫描限幅方法。从理论上分析了KTN电光晶体上加载的静态电压和动态电压对扫描限幅装置透射谱函数的影响,并讨论了电压相对于频率变化的时延和电压自身的抖动对脉冲频谱整形效果的影响。数值结果表明:根据所需要的频谱分布可以逆算得到加载到电光晶体上的电压,从而随时间控制啁啾脉冲各频率成分的透射率,实现啁啾脉冲频谱的整形;采用所提出的扫描限幅方法,对中心波长800nm,啁啾参数等于21 230,对应带宽为20nm的一阶高斯型脉冲进行频谱整形,得到了与所需频谱分布几乎一致的近平顶形状的频谱分布;电压相对于频率变化的时延和电压自身的抖动越大,整形后的脉冲频谱分布与所需频谱相差越远。为了获得与所需频谱一致的整形频谱分布,需要尽量保证电压与频率在时间上的匹配,以及尽量减小电压的抖动。

关键词：频谱整形啁啾激光脉冲扫描限幅二次电光效应 Mach-Zehnder干涉仪

具有光克尔效应的中心对称光折变介质中空间孤子的研究

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具有光克尔效应的中心对称光折变介质中空间孤子的研究

作者：李雅倩哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

我们已经了解到单独由于光克尔效应或光折变效应都能在相应介质中形成空间光孤子。但是同时考虑在光克尔效应和中心对称光折变效应两者的共同作用下,形成空间光孤子的研究还存在空白。某些中心对称光折变晶体,有较高的非线性折射率系数... 详细信息

我们已经了解到单独由于光克尔效应或光折变效应都能在相应介质中形成空间光孤子。但是同时考虑在光克尔效应和中心对称光折变效应两者的共同作用下,形成空间光孤子的研究还存在空白。某些中心对称光折变晶体,有较高的非线性折射率系数,当光功率较强的激光入射时,势必会引起光克尔效应。因此本文主要研究具有光克尔效应的中心对称光折变介质中空间光孤子的相关特性。本文分别基于单光子中心对称光折变理论模型和双光子中心对称光折变理论模型,理论推导得出空间电荷场的表达式,进一步得出在具有光克尔效应的中心对称光折变介质中孤子的演化方程,数值积分求解亮、暗孤子解,并给出孤子存在的条件。单光子光折变模型下我们选用钽铌酸钾锂晶体为例、双光子光折变模型下我们选用钽铌酸钾晶体为例,代入典型晶体的相关参数,数值模拟得到两种理论模型下具有光克尔效应的中心对称光折变材料中亮、暗孤子的包络图像;并研究外加电场强度、入射光束最大光强与背景光强之比、背景光强等相关因素对孤子半峰全宽的影响。最终发现光克尔效应和光折变效应都会影响孤子形态和孤子宽度。本文分别在两种理论模型下,得到了具有光克尔效应的中心对称光折变介质中的小振幅空间孤子解和孤子宽度的表达式,得到了小振幅孤子的能量演化图和孤子光强包络图,以及孤子半峰宽度随相关因素的变化曲线。

关键词：光克尔效应二次电光效应光折变效应中心对称光折变介质光折变空间光孤子

相界附近钽铌酸钾晶体的电光响应特性及其机理研究

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相界附近钽铌酸钾晶体的电光响应特性及其机理研究

作者：王磊哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着光通信技术的飞速发展,能够实现高速光调制的电光晶体材料愈加受到人们的关注并得到了广泛的研究。钽铌酸钾晶体(KTa1-xNbxO3,KTN)作为一类新型无铅电光晶体,其在铁电-顺电相界附近的电光性能相当优异,被认为是电光调制、电光全息... 详细信息

随着光通信技术的飞速发展,能够实现高速光调制的电光晶体材料愈加受到人们的关注并得到了广泛的研究。钽铌酸钾晶体(KTa1-xNbxO3,KTN)作为一类新型无铅电光晶体,其在铁电-顺电相界附近的电光性能相当优异,被认为是电光调制、电光全息存储等领域的最佳材料。本文主要研究了KTN晶体电光性能的动态响应,并结合极性微区(Polar nano-region,PNR)的观察结果,分析相界附近KTN晶体电光性能频率和温度特性的起源,这将有助于探索介观体系结构-性质之间的联系,为推动KTN晶体的实用化奠定理论和实验基础。首先,采用顶部籽晶助溶剂法成功的生长了高质量的KTN晶体,并研究了其基本物理性质。利用介电温谱测量仪系统的研究了KTN晶体的介电性能,并根据介电反常现象得到了居里温度、组分和化学式;考虑到KTN晶体相界附近PNR的存在,分析了其介电性能偏离居里-外斯定律的原因;利用光栅光谱仪表征了KTN晶体400 nm-950 nm范围内的透射和吸收光谱,并通过拟合高吸收区光谱,得到了KTN晶体的禁带宽度。然后,系统的研究了KTN晶体的动态电光响应特性。利用折射率椭球推导并描述了顺电相KTN晶体的二次电光效应;搭建了Senamont单光束补偿法电光测量系统并对KTN晶体相界附近的有效电光系数进行了表征,可达到5.9×10-15 m2/V2以上;考虑相界附近PNR的存在,分析并解释了电光性能对温度和外加电场频率的响应特性。不仅如此,PNR还导致了线性与二次电光效应的叠加,使得输出信号波形出现高低峰畸变;为了更好的说明PNR对于电光性能的贡献机制,建立了一种唯相的理论模型来进一步讨论,并很好的解释了二次电光效应输出波形的高低峰畸变现象。最后,研究了KTN晶体的电致伸缩效应和PNR的动态变化。采用迈克尔逊干涉法系统的测量了KTN晶体电致伸缩性能的频率特性,与电光性能形成比对;推导了电致伸缩效应在电光系数测量过程中产生的影响,并得到了真实电光系数;从KTN晶体内部极化机制出发,分析了相界附近电光、电致伸缩性能的频率特性来源于固有电矩的取向极化,即PNR;利用偏光显微镜观察了KTN晶体相界附近PNR对温度和电场频率的响应,并据此对电光、电致伸缩的动态响应测量结果和分析给予了充分的证明。

关键词：钽铌酸钾晶体二次电光效应极性微区电致伸缩效应畴

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两种光折变介质交界面处的空间光孤子

两种光折变介质交界面处的空间光孤子

作者：杨晓光哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

光折变空间光孤子是指在光折变介质中横向空间尺度不变地向前传播的光束,其形成是基于介质内部的光折变效应。一直以来人们对光折变空间光孤子的研究往往是基于光孤子在一种介质中形成与传播的情况,对两种光折变介质交界面处空间光孤子... 详细信息

光折变空间光孤子是指在光折变介质中横向空间尺度不变地向前传播的光束,其形成是基于介质内部的光折变效应。一直以来人们对光折变空间光孤子的研究往往是基于光孤子在一种介质中形成与传播的情况,对两种光折变介质交界面处空间光孤子形成与传播的情况研究较少。光折变介质有不同的类型,基于电光效应或二次电光效应的光折变介质中的空间光孤子亦有不同的类型,本论文以带输运模型为基础,对两种光折变介质交界面处的空间光孤子进行理论研究,并探讨各物理因素对孤子解的影响。求解有外加电压条件的光折变晶体中形成的空间电荷场,进而推导两种光折变介质交界面处一维稳态时的空间孤子的传输演化方程及其边界连接条件。进而求解出不考虑扩散效应时交界面处的亮、暗屏蔽孤子解,数值拟合分析孤子的产生条件以及性质。理论推导光伏光折变介质交界面处光束的光场方程,求解出无外加电场条件下的亮、暗光伏孤子解以及孤子的存在条件。最后讨论入射光光强、光伏场大小等因素对亮、暗光伏孤子的形成以及亮、暗光伏孤子的宽度等所产生的影响。相对基于线性电光效应的光折变介质,基于二次电光效应的光折变介质折射率变化和空间电荷场分布有所不同,光束的传输演化情况也有所变化。理论推导基于二次电光效应的光折变介质交界面处的传输演化方程,求解亮、暗孤子解并探讨存在条件。通过数值模拟,讨论各种物理因素对空间孤子的光强分布的影响。

关键词：光折变介质边界条件屏蔽孤子光伏孤子二次电光效应

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钽铌酸钾晶体动态电光调制特性研究

钽铌酸钾晶体动态电光调制特性研究

作者：杨列坤齐鲁工业大学

学位级别：硕士

随着电光调制技术的发展,能够实现超高速电光调制的电光晶体更加被人们重视并加以研究。钽铌酸钾(KTa-NbO)晶体在顺电相时有着目前已知最大的二次电光系数(是铌酸锂的约70倍),其自身优异的电学光学性能使得基于KTN晶体的电光调制器件无... 详细信息

随着电光调制技术的发展,能够实现超高速电光调制的电光晶体更加被人们重视并加以研究。钽铌酸钾(KTa-NbO)晶体在顺电相时有着目前已知最大的二次电光系数(是铌酸锂的约70倍),其自身优异的电学光学性能使得基于KTN晶体的电光调制器件无论是用做调制器件还是偏转器件都具有明显的性能优势,在光通讯,生物医疗成像和雷达扫描等领域都有广泛应用前景。对于KTN晶体诸多特性的理论和实验研究有助于其在电光调制中的性能优化及应用。本文在国内外现有的KTN晶体理论及实验研究基础之上,对KTN晶体的电光性能做了如下研究:KTN晶体为KTaO(KT)和KNbO(KN)的固熔混晶,其有着连续固熔体的固有特征,因此长期以来,即使在实验室条件下生长光学质量十分均匀的KTN晶体也是比较困难的。本文在生长晶体前调控原料组分比例,通过对传统的顶部籽晶法生长工艺进行改进,生长出外观无明显宏观缺陷的大尺寸KTN晶体,测试表明晶体晶体居里点位于室温附近,在室温处于透明顺电相状态。对KTN晶体进行结构设计,设计加工适合电光调制用的光学晶片,确保晶片表面粗糙度和平行度满足光学实验要求。电极材料选择Pt、Au、Ag、Cu、Al等金属,利用磁控溅射的方法制作金属电极,通过介电温谱仪表征晶体介电性能,结果表明Pt金属作为电极时晶体的相对介电常数得到明显的提高。对KTaNbO晶体的电光调制特性进行了系统表征,测量了降温过程中晶体二次电光系数的变化情况,并且探究了KTN晶体生长的不一致熔融行为导致的生长组分条纹,即晶体内存在的组分波动。通过测量不同调制电压和电场频率下KTN晶体的二次电光系数,发现高的调制电压会降低KTN晶体的二次电光性能,尤其是当晶体温度下降到接近居里温度时,高调制电压使得二次电光系数迅速减小。此外,在随着外加电场频率的升高,KTN晶体的二次电光效应也出现了衰减,也是在越靠近居里温度的地方衰减越明显。我们认为这是外加电场改变了PNRs(极性纳米微区)的尺寸结构并影响了其响应导致的。鉴于KTN晶体在顺电相居里温度附近存在纳米尺寸的极性微畴,会对KTN晶体的电光调制性能产生显著影响,我们对KTN居里点附近的畴结构的动态变化特性进行了表征。从机理的角度简要介绍了KTN晶体中的铁电畴结构一些表征方法,根据KTN晶体畴结构特点和实验需求,选择偏光成像观测法并设计实验光路系统。观察了KTN晶体铁电畴结构随温度变化的演变过程和组分分布不均匀现象,研究了直流电场电场和交流电场下KTN晶体铁电畴结构的演变过程。在强直流电场的作用下KTN晶体中畴结构有效地、集体地重新排列,形成尺寸更均匀单畴铁电态,并且晶体内铁电畴会被强直流电场极化,晶体内部沿极化电场方向的能量势阱被进一步加深,这严重束缚了铁电单畴结构的重新取向,使其取向趋于一致。强交流电场引起的介电损耗推动了晶体相变使得晶体内部畴结构变小直至消失变成无法被观测到的PNRs。

关键词：二次电光效应钽铌酸钾介电性能极性纳米微区铁电畴结构

电控全息光开关理论及KLTN晶体光学性能分析

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电控全息光开关理论及KLTN晶体光学性能分析

作者：邱阳天津大学

学位级别：硕士

电控全息光开关的物理机理是电压控制光折变效应,即外电场控制存储于顺电态的光折变晶体中体全息图的再现,速度可达纳(亚)秒量级,是目前最快的光开关之一。基于掺杂的钽铌酸钾锂(KLTN)晶体被认为是目前用作电控全息光开关的最佳材料,具... 详细信息

电控全息光开关的物理机理是电压控制光折变效应,即外电场控制存储于顺电态的光折变晶体中体全息图的再现,速度可达纳(亚)秒量级,是目前最快的光开关之一。基于掺杂的钽铌酸钾锂(KLTN)晶体被认为是目前用作电控全息光开关的最佳材料,具有高的衍射效率、快的电光开关时间。本文对电控全息光开关基本原理,电控全息记录介质及其光学性能进行了研究,所做的主要工作如下:1.对电控全息物理机理进行了研究,推导了有效电光系数的表达式。2.分析了顺电相KLTN晶体中空间电荷场scE与掺杂浓度DN、光栅周期(43)、外电场0 wE和居里温度cT的关系,光折变折射率变化(35)n与读出外电场0 rE、掺杂浓度DN,居里温度cT的关系,以及顺电相KLTN晶体中Bragg衍射效率与调制度m、晶体厚度d和读出外电场extE0的关系。3.提出一种基于数字全息的KLTN晶体光学参数测量方法。该方法是利用数字全息术测量晶体的折射率和透过率,利用数字全息干涉术测量晶体的有效电光系数。4.搭建了离轴数字全息光路系统,对顺电相Fe:KLTN的折射率、透过率、电光系数进行了测量。测量结果:折射率0n=2.0543,透过率T=0.1179,电光系数16111092.5-R?(28)m2/V2,16121048.4-R?-(28)m2/V2。实验研究验证了所提出方法的可行性和正确性。

关键词：电控全息术钽铌酸钾锂晶体二次电光效应折射率测量透过率测量有效电光系数测量

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顺电相钽铌酸钾晶体电控衍射的电场增强效应

顺电相钽铌酸钾晶体电控衍射的电场增强效应

作者：陈会顺哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着通信网络的快速发展，人们对带宽和传输速度的需求越来越大，大力发展全光网络已成为网络发展的必然趋势。其中光开关和光开关阵列为实现全光交换网络的核心器件，能够用来实现光层的路由选择、光交叉连接、波长选择以及自愈保护等... 详细信息

随着通信网络的快速发展，人们对带宽和传输速度的需求越来越大，大力发展全光网络已成为网络发展的必然趋势。其中光开关和光开关阵列为实现全光交换网络的核心器件，能够用来实现光层的路由选择、光交叉连接、波长选择以及自愈保护等功能，因此成为光通信领域研究的热点。本论文将系统研究顺电相钽铌酸钾（KTN）晶体的二次电光效应和电控衍射的电场增强效应，这项工作在优化电控全息光开关的性能方面有着重要的意义。首先系统的研究了KTN晶体的基本物理性质。将从成分起伏理论出发说明KTN晶体具有微弱的弥散相变特性;从相变过程中自发极化的演变过程出发，解释晶体在居里温度附近的介电反常现象;由不同频率的介电系数说明晶体的介电系数的频率色散现象;解释了在居里温度附近[001]方向的相对介电常数明显大于[110]方向。利用光谱仪和光谱椭偏仪测量晶体样品在400nm00nm范围内的透射光谱和折射率色散曲线，从晶体的掺杂占位机理的角度分析掺杂离子使晶体产生“红移”现象;从能带结构的角度出发，说明KTN晶体和其它ABO3型钙钛矿结构化合物具有相似的光学性质的原因。然后系统的研究了KTN晶体的二次电光性能，首先根据坐标系旋转的理论，推导了在任意方向加电压时，在样品法线构成的坐标系中晶体的折射率椭球的变化方程。利用马赫曾德尔（Mach-Zehnder）干涉法测量晶体的电光系数分量s11和s12，利用自动扫描塞纳蒙（Senarmont）补偿法测量电光系数分量s44;研究了电光系数s11、s12和s44随温度的变化规律和升降温历程对二次电光系数s44的影响。最后系统的研究了KTN晶体的电控衍射的电场增强效应。本文首先从光折变效应的物理过程出发，讨论了在无外加电场和加电场记录光栅时的光强耦合和电控衍射现象。通过比较两种情况下的光栅记录时间、电控衍射效率，说明加电场记录光栅能够实现电控衍射的电场增强效应;并解释了在两种情况下记录光栅时的能量转移现象。通过改变记录光的角度，讨论了电控衍射的电场增强效应与光栅矢量大小之间的关系，得到在比较大的光栅矢量范围内晶体具有很好的电场增强效应，因此本课题的研究将有助于优化电控全息光开关的性能。

关键词：钽铌酸钾晶体电场增强电控衍射二次电光效应