基于KTN晶体Kerr效应的电光调制研究

本项目研究将在KTN系列晶体的生长及制备表征基础上，对KTN晶体Kerr效应进行系统、深入的研究；对该晶体作为电光材料的综合性能进行了分析评价，建立KTN系列晶体组分-方向-热学-光谱-电光性能之间的关系；利用空间电荷控制理论阐明Kerr效应作用下激光在KTN晶体中的传播机理和作用机理；利用KTN晶体Kerr效应实现激光的强度、相位和传播方向调制，为二次电光晶体材料应用于电光调制领域的研究提供新的思路和实验方法，并为KTN电光元器件设计奠定基础。

在课题组全体成员的共同努力下,经过三年的研究工作，我们圆满完成了项目计划之初设定的各项任务目标，按照项目进程主要完成了以下三个方面的研究工作：首先，在晶体生长于加工制备方面，我们根据KTN晶体的无限固熔体特性，采用大坩埚长小晶体和恒温过冷生长等工艺手段有效改善了晶体的均匀性，晶体尺寸和质量均达到项目设计要求，在此基础上我们还成功进行了Cu、Fe、Sn、Ti等离子掺杂型KTN晶体的生长；其次，系统表征了不同组分、不同离子掺杂型KTN晶体的物理化学性能，特别是二次电光性能，对该晶体作为电光材料的综合性能进行了分析评价，建立了KTN系列晶体组分—方向—热学—光谱—电光性能之间的关系，揭示了电场在KTN晶体中的分布和作用机理，并寻找到了具有实用价值的功能调控方式；最后，成功利用KTN晶体的Kerr效应实现了较低电压下激光传播方向、强度以及相位等特征的调制，找到适合二次电光材料调制激光的实验方法和原理，并从理论和实验两方面建立该实验方法的作用机制和实验模型。另外我们还在Cu：KTN晶体中首次发现了基于KTN晶体Kerr效应和梯度折射率效应交互作用的激光横向偏转现象，并突破传统空间电荷控制理论，对这一偏转现象的传播机理和作用机理进行了探索和解释，为二次电光晶体材料应用于电光调制领域的研究提供了新的思路和实验方法，并为KTN电光元器件设计奠定了基础。项目实施期间，依托项目资助，我们发表论文18篇（其中SCI收录14篇，EI收录4篇），申报发明和实用新型专利4项（获授权2项）。