PLZT透明陶瓷的电控光散射效应及其机理

Kobi982

镧掺杂锆钛酸铅（简称PLZT）陶瓷是一类具有优异性能并能在电、磁、光、声、力和热之间相互耦合的功能材料，特别是其独特优异的电控光散射效应，在外电场作用下可以对入射光产生很强的散射作用，从而实现光强调制。而现代激光技术的发展，对光屏蔽、光衰减技术提出了越来越高的要求，基于PLZT电控光散射效应的光调制器，无需使用偏振系统，极其有望应用于偏振无关的高速电光调制系统中，以满足现代激光技术中光调制高速度、高能量的应用要求。然而由于PLZT电光陶瓷的电控光散射行为对材料组成极其敏感，且此类弛豫铁电材料微区组成波动难以控制，使材料的电光行为难以稳定调控。因此本文从材料的组成设计出发，围绕材料的热压烧结，变温性能，电控光散射机制等方面开展工作，系统研究PLZT电光陶瓷的组成结构与材料电控光散射行为的相关性，并探索其内在机制。 采用通氧热压烧结技术，制备出结构致密、组成均匀的PLZT（X/70/30）系列透明电光陶瓷。系统考察了该系列陶瓷材料的相结构、微结构及相关性能：在烧结过程中，镧元素可以有效促进晶粒长大，材料的光学透过率提高；随着镧含量增加，室温下PLZT电光陶瓷逐渐由铁电相转变为反铁电相；电控光散射行为逐渐由电开型转变为电关型。对材料Zr/Ti比进一步微调，以优化材料光散射性能，发现PLZT（7.45/70/30）透明陶瓷对平行入射光衰减度相对较高。 系统研究了温度对PLZT（7.45/70/30）陶瓷相结构及铁电和电光性能的影响：随着温度升高，PLZT陶瓷由菱方相逐渐向四方相转变；极化后的样品在40°C左右出现突变，可能正是由于材料相变所引起，将此温度记为Trt；样品电滞回线随温度升高逐渐由铁电方形回线向反铁电双电滞回线转变，当温度小于Trt时，铁电参数与温度呈线性关系，但当温度大于Trt时材料的铁电性能发生突变，不再遵循线性规律；陶瓷样品随温度变化呈现出三种不同的电控光散射行为。 同时，论文以电开型电控光散射PLZT（7.45/70/30）透明陶瓷为对象，研究了材料厚度、样品与光功率接收器间距离对材料的电控光散射性能的影响。发现散射衰减度随样品厚度提高或样品与光功率接收器间距离增加均得到显著提高，探讨了引起材料电控光散射性能疲劳的原因。分析了不同类型电控光散射行为内部电畴的变化趋势，初步建立了材料内部电畴随外电场变化的理论模型，并对PLZT透明陶瓷电控光散射效应的内在机制进行了合理阐述。