基於新型透明電光陶瓷的高速雷射光電器件基礎研究

《基於新型透明電光陶瓷的高速雷射光電器件基礎研究》是依託中國科學院上海光學精密機械研究所，由瞿榮輝擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：基於新型透明電光陶瓷的高速雷射光電器件基礎研究
• 項目類別：重點項目
• 項目負責人：瞿榮輝
• 依託單位：中國科學院上海光學精密機械研究所

項目摘要

高速雷射光電器件是提升雷射技術水平，發展雷射通信和雷射雷達等民用和軍事套用的關鍵器件，是各已開發國家競相發展的前沿技術。本項目通過跟蹤國際相關技術的發展動態並結合現有工作基礎，擬開展基於新型PMNT電光陶瓷的高速高功率雷射光電器件的基礎問題研究，旨在解決目前國際上在雷射光電器件領域所面臨兼具高回響速度、高雷射損傷閾值和低驅動電壓的瓶頸問題。項目通過研究PMNT電光陶瓷的反應及燒結的熱力學過程；建立組分、結構、晶粒尺寸、宏疇-微疇轉變與電光性能的關係，為製備適用於高速雷射光電器件的材料提供科學依據。研究PMNT光電器件在高功率雷射密度下電場和光場相互作用，及其對光束偏振旋轉、電致光場損耗和雷射損傷閾值的影響，提出並最佳化基於PMNT電光陶瓷的高速高功率雷射光電器件的新結構設計，通過理論仿真、實驗製備和特性表征獲得新型雷射光電器件，為解決雷射技術的發展對高速光電器件的需求提供理論基礎與技術支撐。

結題摘要

新型高功率雷射調相調幅器件作為雷射技術的核心單元器件，在空間雷射套用、強場雷射物理、國防軍事等高功率雷射套用領域有著廣泛的套用前景。本項目圍繞新型透明電光陶瓷，深入的開展了相關雷射光電器件基礎研究，其取得的主要研究成果如下： 1.創新地通過兩步燒結工藝成功製備出具有高電光係數高透過率的PMNT基電光陶瓷，其透過率達68%，二次電光係數達6610-16(m/V)2，高於美國BATI公司的產品性能，也是目前國際上報導的最高值； 2.系統的研究了組成、微結構對PMNT陶瓷電學及光學性能的影響；研究了PMNT電光陶瓷在外場下的回響規律，獲得了電疇對光的散射作用機理及PMNT陶瓷高電光係數機理，最佳化了陶瓷的電學和光學性能； 3.利用Fabry-Perot諧振腔的諧振效應技術，對新型PMNT電光陶瓷的光學特性（包括有效折射率、光學損耗特性、電光係數、熱光係數、回線特性、電致飽和現象、回響特性和雷射損傷閾值等）進行了全面系統的測試研究和分析，建立了完善的測試表征平台； 4.針對高功率雷射套用技術的需求，提出並設計了一種基於Sagnac環結構的空間結構高功率新型偏振無關電光調製器，器件的消光比為21.6 dB，回響速度可達到180 ns，這是該領域的首次套用報導； 5.利用PMNT新型電光陶瓷的電控雙折射效應對傳輸光束偏振方向的調控，構建了一種可套用於高功率雷射系統的電光調Q開關，實現了半波電壓為730 V，消光比大於30 dB，通光孔徑為2.7 mm，回響速度小於1 μs，同時小型化設計和封裝，獲得了器件的實物原型，推動了器件實用化的進程； 6.項目發表論文43篇（SCI收錄36篇），申請發明專利14項，授權6項。培養技術骨幹8名，博/碩士研究生8名; 組織50人以上國際研討會2次、組內專題討論會5次。 綜上所述，本項目研究為新型高功率雷射光電器件發展提供了很好的技術基礎，促進雷射套用領域快速的發展，同時也最佳化電光陶瓷材料的性能，奠定我國在國際上該領域的地位。