1、為滿足現(xiàn)代光通信、光信息處理等領(lǐng)域的需要，光電子器件正向著小型化、集成化發(fā)展。鐵電鈮酸鍶鋇(SBN)材料以其優(yōu)良的介電、壓電、熱釋電、電光以及光折變性能廣泛地應用于電光調(diào)制器、熱釋電紅外探測器、全息成像存儲器等集成光電器件中，尤其是其優(yōu)良的電光性能正受到人們越來越多的重視。SBN具有廣闊的應用前景，因此對于這種材料的制備及性能表征已成為薄膜光電子學的主要研究內(nèi)容之一。本文從理論上和實驗上研究了SBN薄膜的線性電光性能，建立并完善了測試和

2、表征薄膜電光性能的系統(tǒng)。 表征薄膜材料電光性能的重要參數(shù)是線性電光系數(shù)和半波電壓，電光系數(shù)越大，半波電壓越小，則該材料所制備的電光器件效率越高，越小型化，因此也更加滿足集成光電子器件的要求。本文針對SBN薄膜縱向電光系數(shù)較大的特點，重點研究了其縱向電光性能。針對摻雜鉀鈉的鈮酸鍶鋇(KNSBN)薄膜橫向電光系數(shù)較大的特點，重點研究了其橫向電光性能。 基于F-P腔可調(diào)諧濾光片原理的啟發(fā)，本文設(shè)計了F-P腔原理測試SBN薄膜縱

3、向電光系數(shù)的方法。對于F-P腔模型，可以不假設(shè)縱向電光系數(shù)r13和r33之間的倍數(shù)關(guān)系，獨立地求得它們的值，對于以往的方法來說是一個很大的進步，根據(jù)薄膜特征矩陣法模擬后，發(fā)現(xiàn)在MgO厚度為0.01mm，SBN薄膜厚度為1μm時，可以實現(xiàn)透射峰波長的調(diào)諧。由于薄膜制作工藝、實驗條件、測量手段限制，這種方法目前難以實現(xiàn)。通過對以往測量方法的總結(jié)和比較，本文最終選用并改進了簡單反射法測量SBN薄膜的縱向電光系數(shù)，這種方法光路簡單，實驗設(shè)備的可

4、搭建性強，不需要施加高的工作電壓，但該方法的理論處理忽略了自然雙折射，認為no≈ne，而且需要假設(shè)r13和r33之間的倍數(shù)關(guān)系，使其具有一定的局限性。 本文詳細推導了簡單反射法測量SBN薄膜縱向電光系數(shù)的理論公式，針對該方法設(shè)計出兩種樣品結(jié)構(gòu)，一種為SBN75/KSBN75/Si膜系，采用溶膠凝膠法(Sol-Gel)鍍制SBN薄膜，KSBN75層通過1000℃高溫處理，目的是在Si與上層的純SBN75層之間形成緩沖層，減小襯底與

5、SBN薄膜之間的晶格失配率，而純SBN層的退火溫度為750℃。通過X射線衍射儀(XRD)分析，SBN薄膜在Si襯底上沿C軸高度擇優(yōu)取向生長，測量出其縱向電光系數(shù)r33為98.44pm/V。另一種為SBN60/LiNiO2/MgO膜系，此樣品為香港理工大學物理系采用脈沖激光沉積法(PLD)制得，LiNiO2薄膜即能充當?shù)纂姌O又能保證SBN薄膜的取向性，測量出其縱向電光系數(shù)r33為186.61pm/V。兩種樣品的縱向電光系數(shù)測量值與理論值相

6、比有一定差距，這可能與薄膜取向性、制備方法、電極材料等方面有關(guān)。但兩種樣品的電光系數(shù)均遠遠高出常用電光材料LiNbO3晶體的電光系數(shù)(rc=18.9pm/V)。 SBN的縱向電光系數(shù)較大，但橫向電光系數(shù)較小，在很大程度上限制了其使用范圍，摻雜適當?shù)碾x子可以有效地提高SBN的橫向電光系數(shù)。本文采用Sol-Gel法在MgO(001)單晶襯底上制備了符合化學計量比的完全填充型鐵電KNSBN薄膜，通過X射線衍射，搖擺曲線，X射線Φ掃描，

7、原子力顯微鏡，掃描電子顯微鏡等方法研究了薄膜的微結(jié)構(gòu)性能，研究發(fā)現(xiàn)KNSBN薄膜在MgO單晶襯底上沿C軸外延生長，隨著Sr2+含量增加，薄膜結(jié)晶的優(yōu)先取向性隨之減弱，表面粗糙度增加。采用Adachi雙光路比較法成功地測得KNSBN薄膜的橫向電光系數(shù)r51，由于自發(fā)極化強度與介電常數(shù)的影響，r51的數(shù)值隨Sr2+含量增加而增大。K+，Na+的引入有效地提高了r51的值，當Sr2+/Ba2+=9時，r51值可達到126.96pm/V，比SB