本文選題：鈮酸鋰晶體　切入點：溫度梯度　出處：《哈爾濱工業(yè)大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：鈮酸鋰晶體是一種集多性能于一體的多功能材料,其中包括鐵電、壓電、電光、光折變性能等,它具有非常良好的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性。利用提拉法生長的鈮酸鋰晶體容易加工而且成本較低,生長尺寸較大,是未來發(fā)展中一種重要的功能材料。目前,光束偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象是最近幾年比較感興趣的熱門話題,主要利用晶體的電光效應實現(xiàn)光束的偏轉(zhuǎn),最近研究的熱門晶體主要包括坦鈮酸鉀、鈮酸鋰等以及摻雜的相似晶體。鈮酸鋰晶體的電光偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象也已經(jīng)被研究,但是由于鈮酸鋰的介電常數(shù)只有28.7,而坦鈮酸鉀晶體則是15000。所以,在相同條件下,想要達到和其他晶體同樣的偏轉(zhuǎn)效果,鈮酸鋰晶體需要加入的電壓是KTN晶體的500倍。因此,我們考慮利用溫場來實現(xiàn)晶體內(nèi)的光束的偏轉(zhuǎn)。論文主要研究了鈮酸鋰晶體在溫場條件下實現(xiàn)光束偏轉(zhuǎn),我們主要研究了不同厚度、不同位置以及不同的電極方式下晶體內(nèi)部的光束偏轉(zhuǎn)的實驗,并且利用實驗結(jié)果設計了光開關(guān)和分束器兩個光學器件。通過實驗的測量結(jié)果可以看出,晶體內(nèi)部的偏轉(zhuǎn)角度隨著晶體上施加電壓的增加而逐漸增大。當施加在晶體上的電壓增大時,晶體內(nèi)部的溫度場也會隨之增加。在測量的實驗結(jié)果中,1 mm厚上下兩層全面鍍電極的鈮酸鋰晶體的偏轉(zhuǎn)角度可以達到2度以上,實現(xiàn)一維上的偏轉(zhuǎn);同時,研究了1 mm厚單面鍍電極的對比實驗,研究發(fā)現(xiàn),由于電極改變導致光束的偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生了二維的變化,但是最大的偏轉(zhuǎn)角度只有接近1度;3 mm厚全面兩面鍍電極的晶體的偏轉(zhuǎn)角度和1 mm厚的單面電極的晶體產(chǎn)生了相似的二維變化,偏轉(zhuǎn)角度可以接近1度,由于晶體的厚度的改變,晶體內(nèi)光束的偏轉(zhuǎn)隨著光束入射位置的變化可以實現(xiàn)二維的偏轉(zhuǎn);最后,我們將鈦電極鍍在3 mm厚的鈮酸鋰晶體的側(cè)面,通過這種改變,可以看出溫場在晶體的傳播方向,實驗得到了較理想的偏轉(zhuǎn)角度。在此基礎上我們對比了電極的變化對溫場和光束偏轉(zhuǎn)角度的影響,從實驗結(jié)果可以看出,隨著電極的減小,晶體內(nèi)部產(chǎn)生的溫度場也隨之減小,偏轉(zhuǎn)角度也會隨之減小。光開關(guān)和分束器是光學領(lǐng)域中兩個重要的光學器件,我們利用溫場控制光束偏轉(zhuǎn)的實驗實現(xiàn)了光開關(guān),以及一維和二維的分束。實驗測量了光開關(guān)和分束器的各光束的功率,實驗得到的結(jié)果與理論基本符合,隨著半波片的轉(zhuǎn)動,光強也會產(chǎn)生從無到有的變化。
[Abstract]:Lithium niobate crystal is a kind of multifunctional materials which include ferroelectric, piezoelectric, electro-optic, photorefractive, etc. It has very good thermal stability and chemical stability. Lithium niobate crystal grown by Czochralski method is easy to process, low cost, large growth size, and is an important functional material in the future. Beam deflection is a hot topic in recent years, which mainly uses the electro-optic effect of crystal to deflect the beam. The electrooptic deflection of lithium niobate crystals has also been studied, but the dielectric constant of lithium niobate is only 28.7and the dielectric constant of potassium tanniobate crystal is 15000. therefore, under the same conditions, To achieve the same deflection effect as other crystals, lithium niobate crystals require a voltage of 500 times that of KTN crystals. We consider using the temperature field to realize the beam deflection in the crystal. In this paper, we mainly study the beam deflection of lithium niobate crystal under the condition of temperature field, we mainly study the different thickness. The experiment of beam deflection in crystal at different positions and different electrode modes is carried out. Two optical devices, optical switch and beam splitter, are designed based on the experimental results. The angle of deflection inside the crystal increases with the increase of the applied voltage on the crystal. The temperature field inside the crystal will also increase. In the measured experimental results, the deflection angle of lithium niobate crystal with 1 mm thickness and 1 mm thickness can reach more than 2 degrees, realizing the deflection in one dimension, at the same time, The contrast experiment of 1mm thick single-sided plating electrode is studied. It is found that the beam deflection is caused by the change of the electrode. However, the maximum deflection angle is only close to 1 degree and 3 mm thick, and the deflection angle of the crystal with 1 mm thickness is similar to that of one side electrode with 1 mm thickness, and the deflection angle can be close to 1 degree. Because of the change of the thickness of the crystal, the deflection of the beam in the crystal can be realized with the change of the incident position of the beam. Finally, the titanium electrode is coated on the side of the lithium niobate crystal with a thickness of 3 mm. It can be seen that the temperature field propagates in the crystal direction, and the ideal deflection angle is obtained experimentally. On this basis, we compare the effect of the electrode change on the temperature field and the beam deflection angle. From the experimental results, we can see that with the decrease of the electrode, The temperature field inside the crystal also decreases and the deflection angle decreases. Optical switch and beam splitter are two important optical devices in the field of optics. We have realized the optical switch by using the experiment of controlling beam deflection by temperature field. The power of each beam of the optical switch and beam splitter is measured experimentally. The experimental results are in good agreement with the theory. With the rotation of the half-wave plate, the light intensity will also change from scratch to existence.
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O734

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本文編號：1588760