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本文以铁电超晶格为研究对象,着重研究了以铌酸锂晶体为典型材料的铁电超晶格的制备、非线性光学方面的应用,以及压电效应导致的电磁波与声波的耦合效应。
1.铌酸锂、钽酸锂等铁电晶体具有许多优良的物理性质,若制成超晶格将能够更大程度地得到发挥。然而,因矫顽场过高,容易在高压下击穿,所以通常较易得到的同成份比铌酸锂(CLN),一直认为比较难以极化。本文就极化过程中的诸多环节和问题进行了较为细致的讨论。为了改善CLN晶体的极化性质,采用了气相交换平衡法(VTE)处理晶体样品,改善了样品的组分比,大幅度降低了矫顽场,并成功地极化制备出厚度为1.2mm的超晶格。
2.非线性光学是超晶格的一个重要的应用领域,尤其在激光频率转换方面的应用,已经相当的广泛和成熟。本文论述了一种用双波长红外激光器作为输入光源,通过两个倍频过程和一个和频过程,转换频率得到红绿蓝三色激光的方案。为实现这些非线性过程,采用一种简洁的方法设计出非周期性结构,并用钽酸锂晶体按照这一结构制成超晶格。实验得到了红绿蓝三色激光的同时输出,并混合成平均功率为53.4mw的准白光。
3.铁电晶体因为具有压电性,所以晶体的宏观极化和机械形变会产生互相影响,在铁电超晶格中,则表现为电磁波和声波的耦合,产生极化激元。本文以二维正方点阵结构的铌酸锂超晶格为例,对压电超晶格中显著的纵声子极化激元的性质,包括介电函数、色散关系以及带隙等做了理论计算,并测试了该超晶格的微波反射谱。然后对二维结构中的横声子极化激元,以及一维结构中正交传播的光波、声波耦合做了理论上的测算。