顺电相钽铌酸钾钠和钽铌酸钾锂钠系列晶体的生长、电光性质及应用研究

顺电相钽铌酸钾锂晶体（KLTN）因其独特的性质，成为电控全息衍射器件的核心。然而，由于高质量单晶生长困难，严重阻碍了KLTN的物理性质及其应用研究。因此，生长新型顺电相电控全息晶体以替代KLTN具有重要学术原创意义。本项目拟以钽铌酸钾钠和钽铌酸钾锂钠系列单晶为研究对象，通过顶部籽晶助溶剂法生长单晶，研究晶体生长过程中的组分分凝、高温下相结构等基础问题，以揭示高质量单晶的生长规律。通过对不同组分和掺杂单晶的结构、电光及电控全息性质的系统实验研究，结合第一性原理计算及耦合波分析，探索组分和过渡元素掺杂对晶体性质及电控全息衍射特性影响的规律和机理，实现电控全息存储和光开关。本项目有助于发展高性能顺电相电光晶体的制备科学，为碱金属钽铌酸盐体系晶体的掺杂改性奠定坚实的理论和实验基础，无论对发展新材料或改进传统材料，还是对推动电控全息衍射器件的实用化都具有重要的意义。

结题摘要:.（1）研究KLTN与KNTN晶体生长。根据晶体生长点及生长过程中的经验对顶部籽晶助溶剂法的生长系统进行设计和改进，尤其是晶体的生长环境，包括温场和各种生长参数。详细描述晶体样品的生长过程，分析晶体的组分变化、均匀性、分凝等特点。目前我们已经生长出一系列光学质量好的掺杂KLTN与KNTN晶体。.（2）研究KLTN与KNTN晶体的基本物理性质。如晶体的结构、介电、折射率及线性光学吸收的性质。根据介电系数随温度变化的曲线，研究晶体的相变温度与组分的关系。测量晶体在不同波长下的折射率，拟合描述晶体色散关系的塞尔迈耶尔方程。通过晶体的紫外吸收边，计算晶体的带隙能,揭示带隙与掺杂元素的关系。.（3）系统研究KLTN与KNTN晶体的电光性质，这对设计电光器件是极为重要和必要的。首先计算外电场作用下，顺电相晶体折射率变化；然后讨论Mach-Zehnder电光系数测量系统的原理及实验装置；最后测定不同组分顺电相晶体的二次电光系数，讨论组分、温度等参数对晶体电光性能的影响。.（4）系统研究KLTN与KNTN晶体的光折变性质。根据晶体的电光性质，优化二波耦合的光路。测量掺杂晶体的衍射效率和二波耦合增益系数，讨论电场对掺杂晶体光折变性质的影响。.（5）基于KLTN与KNTN晶体的光学器件研究。利用掺杂KLTN晶体成功设计出了电控全息Bragg光开关和电控Raman-Nath光开关。由掺杂KNTN晶体实现了电控全息可变焦透镜。.在本项目的资助下，我们还进行了其他相关内容的研究.（6）KTN，KLTN与KNTN晶体光学性质的第一性原理计算.（7）KNTN、KNLTN压电陶瓷和KTN薄膜研究.（8）掺杂KLTN晶体的上转换发光研究.取得的研究成果:. 发表SCI收录论文25篇，均已标注本项目资助，获得授权发明专利2项，培养博士毕业生11人，硕士毕业生8人。编写专著1部，正在准备出版。