【摘要】：在太赫茲通信系統(tǒng)實際應(yīng)用中,尋找一種高性能材料實現(xiàn)對其高效調(diào)制是現(xiàn)階段研究的熱點(diǎn)。鐵電材料中疇結(jié)構(gòu)的偏轉(zhuǎn)所引起的優(yōu)異電光性能,能夠保證其介電常數(shù)在外場誘導(dǎo)下產(chǎn)生顯著的變化,進(jìn)而實現(xiàn)對THz波有效地調(diào)制�；诖�,本論文致力于新型準(zhǔn)同型相界組分的三元弛豫鐵電單晶鈮銦鎂酸鉛-鈦酸鉛[0.24Pb(In1/2Nb1/2)O3-0.43Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.33PbTiO3,(0.24PIN-0.43PMN-0.33PT)]的結(jié)構(gòu)性質(zhì)及其THz波介電調(diào)制特性研究。研究內(nèi)容如下:1.基于鐵電材料和THz波的優(yōu)勢特性,對利用鐵電單晶來調(diào)制THz波的方案及可行性做了系統(tǒng)地探究和分析。在對THz調(diào)制技術(shù)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上,討論了鐵電體的相結(jié)構(gòu)特點(diǎn)并提出了鐵電材料的THz波介電響應(yīng)模型。探討了0.24PIN-0.43PMN-0.33PT單晶的介電性能隨外場變化的特點(diǎn),為利用該材料在外場作用下研究THz波介電調(diào)制性能提供了可行性理論基礎(chǔ)。同時對拉曼光譜測試方法做重點(diǎn)介紹,為材料結(jié)構(gòu)研究提供有效的光譜學(xué)測試手段。2.利用拉曼散射光譜對材料的相結(jié)構(gòu)以及相轉(zhuǎn)換特征進(jìn)行了研究。通過對MPB組分0.24PIN-0.43PMN-0.33PT單晶的拉曼光譜進(jìn)行Gauss擬合,分析其拉曼模式的位置和數(shù)量確定室溫下該單晶為單斜相結(jié)構(gòu)。其次,以材料的MB單斜相結(jié)構(gòu)為研究對象,分析其在不同電場誘導(dǎo)下的偏振拉曼光譜,結(jié)果表明,單晶產(chǎn)生了由MB到MC單斜相結(jié)構(gòu)的相變過程,且MC比MB單斜相結(jié)構(gòu)性能更加穩(wěn)定。同時,場致相變引起的鐵電疇的偏轉(zhuǎn)使材料在THz波段表現(xiàn)出極強(qiáng)的介電特性,進(jìn)一步為基于材料相變特征研究其在電場下對THz波的調(diào)制特性提供了可靠的理論依據(jù)。3.利用太赫茲時域光譜技術(shù)對材料進(jìn)行測試,并采用時域有限差分法對不同條件下單晶的介電特性進(jìn)行了仿真及分析。在室溫下測試了單晶的透射型和反射型THz時域光譜,根據(jù)已建立的模型及傅里葉變換得到其介電特征譜。利用FDTD分別模擬并探討了不同厚度及不同電場誘導(dǎo)下材料在0.1-1.0THz范圍內(nèi)的介電常數(shù)變化情況及其對太赫茲波調(diào)制特性的影響,為尋找研究太赫茲波調(diào)制特性的理想材料提供了有價值的參考。
[Abstract]:In the practical application of terahertz communication system, it is a hot topic to find a kind of high performance material to realize its high efficiency modulation. The excellent electro-optic properties caused by the deflection of domain structure in ferroelectric materials can guarantee the remarkable change of dielectric constant induced by external field and realize the effective modulation of THz wave. Based on this, a new ternary relaxor ferroelectric single crystal, 0.24Pb (In1/2Nb1/2) O3-0.43Pb (Mg1/3Nb2/3) O3-0.33PbTiO3, has been developed. The structure properties of (0.24PIN-0.43PMN-0.33PT) and the dielectric modulation characteristics of THz wave are studied. The research contents are as follows: 1. Based on the advantages of ferroelectric materials and THz waves, the scheme and feasibility of using ferroelectric single crystals to modulate THz waves are systematically explored and analyzed. Based on the analysis of the research status of THz modulation technology, the phase structure characteristics of ferroelectrics are discussed and the dielectric response model of THz wave for ferroelectric materials is proposed. The variation of dielectric properties of 0.24PIN-0.43PMN-0.33PT single crystals with external field is discussed, which provides a theoretical basis for studying the dielectric modulation properties of THz waves by using this material under the action of external field. At the same time, the Raman spectrum measurement method is introduced in order to provide an effective spectroscopic method for the study of material structure. 2. The phase structure and phase conversion characteristics of the materials were studied by Raman scattering spectroscopy. The Raman spectra of MPB component 0.24PIN-0.43PMN-0.33PT single crystal were fitted by Gauss, and the location and quantity of Raman model were analyzed to determine the monoclinic structure of the single crystal at room temperature. Secondly, the polarization Raman spectra of MB monoclinic phase structure are analyzed under different electric field. The results show that the phase transition from MB to MC monoclinic phase structure occurs in single crystal. MC is more stable than MB in monoclinic phase structure. At the same time, the deflection of ferroelectric domain induced by field-induced phase transition makes the material exhibit very strong dielectric properties in THz band, which provides a reliable theoretical basis for studying the modulation characteristics of THz waves in the electric field based on the phase transition characteristics of materials. Terahertz time-domain spectroscopy (THz) was used to measure the dielectric properties of single crystals under different conditions and the finite difference time-domain (FDTD) method was used to simulate and analyze the dielectric properties. The transmittance and reflectance THz spectra of single crystals were measured at room temperature. The dielectric characteristic spectra were obtained according to the established model and Fourier transform. The variation of dielectric constant in the range of 0.1-1.0THz and its influence on the modulation characteristics of terahertz wave under different thickness and different electric field induced by FDTD were simulated and discussed respectively by FDTD. It provides a valuable reference for the study of terahertz wave modulation properties.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TM221

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本文編號：2373488