无机晶体电光效应的理论探索及新型电光晶体的研制

电光晶体是一类重要的功能晶体，高技术应用对电光晶体的需求迫切，新型电光晶体的探索和研制受到人们越来越大的重视。. 本项目以探索和发现新的电光晶体为目标，从无机晶体微观结构和宏观电光效应的关系出发，开展无机晶体电光效应理论探索，发展有利于指导电光晶体研究的理论模型。在此理论指导下，设计和探索有利产生高电光效应结构的晶体，发现和筛选新的电光晶体；完善晶体生长方法和测试方法，生长优质电光晶体。同时，通过宏观对称性与实用电光器件关系研究，在适于电光应用的点群中获得新的电光晶体。在成功生长和应用旋光-电光晶体硅酸镓镧的基础上，在硅酸盐、硼酸盐和镓酸盐体系中生长电光晶体，并探索新电光晶体的应用。. 课题完成时将获得2-3种新的有优良性质的电光晶体，进一步拓展旋光-电光开关的应用，为建立电光晶体理论奠定基础。

国家自然科学基金重点项目“无机晶体电光效应的理论探索及新型电光晶体的研制”立项后，围绕无机晶体电光效应的理论探索及新型电光晶体的研制的总体目标，开展了无机电光晶体及器件实用化的理论和实验探索。从晶体电光效应与晶体介电性质和非线性效应的定量关系出发，发现电光效应主要由电子和离子两项贡献，提出了在基团理论框架下晶体折射率计算方法，实现了对数十种含独立基团的硼酸、碳酸盐体系各向异性折射率的准确计算,还预言了多种可能的硼酸盐晶体的各向异性折射率，为进一步的新材料探索提供关键数据，结果有助于通过结构设计、剪裁获得特定需要的折射率大小的晶体材料。从晶体物理的基本原理出发全面推导了除三斜晶系外各个晶系的电光系数的表达式和各个可能被应用的电光系数，并根据实际情况判断其实用性，最后从中总结出从对称性判断何种晶系、何种点群晶体适用电光应用的规律。搭建由四种不同波长（分别为1064nm，632.8nm，532nm，和408nm）的单光束偏振法电光晶体测试平台，能够基本满足不同电光晶体的测试需要，为下一步寻找和筛选优质新型电光晶体打下坚实的基础。在理论指导下探索了从单斜到立方晶系的功能晶体27种，验证了晶体理论体系，并筛选出6类晶体进行了重点研究，发展了紫外双折射晶体。在实用电光晶体研制中，发展了功能晶体生长技术，提高了铌酸锂电光晶体光开关效果；以旋光性电光晶体器件应用为目标，研究晶体电光/旋光功能交互理论，以具有旋光性的电光晶体硅酸镓镧为研究对象，提出并验证新型电光器件设计思想，在获得光学级硅酸镓镧晶体基础上，拓宽了电光晶体LGS的新应用波段，发展了可实用的中红外大能量脉冲激光电光开关，获得国际最优结果，为稀缺的中红外电光开关提供新品种，并推动我国激光技术和器件设计的发展。发展功能复合/交互理论，获得新型电光器件和自调制脉冲晶体和器件，简化激光腔结构，获得良好效果。拓展光开关体系，通过能带调制发展了新型被动光开关，通过功能复合发展了新型自调制脉冲晶体器件，为功能晶体发展提供新思路。. 项目执行期间，发表学术论文35篇，授权专利10项、申请4项，培养研究生8人（博士研究生4人，硕士研究生4人）。. 圆满完成项目预定目标。