论文摘要
随着现代科学技术尤其是激光技术、光通信技术的发展,普通的光学薄膜折射率低、范围调控困难,难以满足微存储器、微驱动器、微传感器等实际应用,因此制备具有高折射率且折射率范围可灵活调控的光学薄膜,成为薄膜产业发展的主导方向之一。复合型钙钛矿Ba(Mg1/3Ta2/3)O3（简称BMT）凭借其可见光范围内的高折射率、低吸收系数以及优秀的高频介电性能一直是光电领域研究的热点,并且通过B位阳离子取代能够改变晶体结构,可以调控其光学和电学性能。本文选择钙钛矿BMT为研究对象,制备了钙钛矿BMT陶瓷和B位阳离子Ti4+、Zr4+取代的钙钛矿BMT陶瓷以及相对应的光学薄膜,探究B位阳离子取代对钙钛矿BMT光学性能特别是折射率的影响,对推进钙钛矿BMT系列晶体在光学领域的发展具重要意义。本文首先构建了BMT与Nb5+离子取代的BMT(Ba(Mg1/3Nb2/3)O3简称BMN)的晶胞结构,然后对其结构进行优化计算,得到了BMT与BMN相对应的能带结构与态密度,发现其-5eV到费米能级之间的价带主要由O2-的p轨道和Ta5+离子/Nb5+离子的d轨道贡献,而导带主要是由Ta5+离子/Nb5+离子的d轨道和部分的Ba2+离子的d轨道杂化O2-离子的p轨道所贡献。BMT与BMN光学性能的研究计算,发现两者在紫外-可见光范围内的折射率随波长增大逐渐减小,属于正常的色散,并且致使光学性能变化的主要原因是BO6结构差异以及B位阳离子轨道杂化的不同造成的。本文采用固相法制备了相应的钙钛矿BMT陶瓷靶材以及B位阳离子取代的钙钛矿BMT陶瓷靶材,并使用XRD技术确定了陶瓷的物相结构,采用PLD技术制备了相应的光学薄膜,分别利用紫外-可见光分度计、椭偏仪和Z扫描技术研究了钙钛矿BMT光学薄膜的透射率、吸收率、折射率和三阶非线性光学特性,发现钙钛矿BMT光学薄膜具有较高的光学透过率和较低的光吸收率;Ti4+阳离子取代的BMT光学薄膜的折射率在381nm-469nm波长显著提高,Zr4+阳离子取代的BMT光学薄膜折射率整体下降,因此利用Ti4+、Zr4+取代可显著扩大BMT薄膜在可见光范围内的折射率可调控范围;另外对BMT、Ti取代的BMT、Zr取代的BMT三种薄膜样品的Z扫描结果进行分析,所得的非线性折射系数分别为-7.49?10-10cm2/W、-7.05?10-10cm2/W、-6.44?10-10cm2/W,可知其非线性折射率系数均小于零,说明钙钛矿BMT光学薄膜具有一定自散焦现象。
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文章来源
类型: 硕士论文
作者: 李伟博
导师: 杨文龙
关键词: 钙钛矿,薄膜光学性能,高折射率,三阶非线性
来源: 哈尔滨理工大学
年度: 2019
分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑
专业: 物理学,工业通用技术及设备
单位: 哈尔滨理工大学
分类号: O484
总页数: 63
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