基于钛酸锶钡等铁电材料的太赫兹波调制 特性研究.pdf

基于钛酸锶钡等铁电材料的太赫兹波调制
特性研究
Research of Terahertz Modulation
Properties based on
Ferroelectric Materials
学科专业： 物理电子学
研 究 生： 蒋霖坤
指导教师：姚建铨 教授
吴 亮 讲师
天津大学精密仪器与光电子工程学院
二零一四年十一月
独创性声明
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摘 要
太赫兹调制器是太赫兹科学应用技术中的一个重要器件，而其中对太赫兹可
控材料的研究是太赫兹调制器的基础。本文主要致力于钛酸锶钡等铁电材料在太
赫兹波段的光调制研究以及基于钛酸锶钡薄膜的太赫兹波电控超材料的设计。本
文主要内容归纳如下：
1. 介绍了铁电材料基本性质，光铁电效应及其介电响应模型。介绍了基于
-()O3（BST-LMT）陶瓷材料光调制的实验装置，
获得 BST-LMT 复介电常数和复折射率的过程。BST-LMT 的制备，及其透射频
谱、透射率、介电常数、吸收系数等介电特性在不同功率的绿光照射下的变化情
况。实验结果表明，随着绿光功率的增加，BST-LMT 陶瓷材料的介电常数实部
和虚部、吸收系数等特性均出现了不同程度的减小，同时 BST-LMT 陶瓷材料的
透射率相应的增加。最后分析了 BST-LMT 的 X 射线光电子能谱，其结果表明
BST-LMT 中同时存在三价与四价的钛元素，二者能级差为 。而实验所用
绿光波长 532nm, 光子能量 。由此我们推测在 BST-LMT 内部三价钛与四
价钛元素之间由电子转移而形成的空间电场是引起 BST-LMT 在太赫兹波段折射
率变化的原因。
2. 分析了在钽酸钾，钛酸锶和掺铁钛酸锶晶体中的太赫兹波段的光调制研
究结果。在这三种铁电晶体中，外加光场对其在太赫兹波段的介电特性产生的影
响与 BST-LMT 陶瓷类似。对于不同功率的绿光，钽酸钾，钛酸锶和掺铁钛酸锶
晶体的介电常数实部均随绿光功率增加而明显减小，介电常数虚部随绿光功率略
有变化。在这五种晶体中的光调制过程与 BST-LMT 陶瓷材料的光调制类似，只
是各个材料中起作用的离子不同。
3. 总结了太赫兹波电控调制器件的发展，并基于 H. T. Chen 等人的研究成果
提出了一种基于钛酸锶钡铁电薄膜的叉指型微电极结构，分析了施加在叉指型微
电极上的外加电场对于钛酸锶钡薄膜