电畴随 机无序 PLZT铁电透明陶瓷中电畴的形态 (a)未极化 (b)已极化
电畴有序排列； 随外电场转向 而转向。
关键区域：不同方向电畴之间的过渡区域 畴壁—光学折 射率不连续的区域当光入射到这里时，将发生折返；光 被散射，畴壁成为无数的散射中心，使原本透明陶瓷呈现 磨砂玻璃的性状入射光被衰减、屏蔽
PLZT透明陶瓷的电光应用——高速光开关
Collimator +
3 1 Input 3 Output I
OC
4
Coupler 2
PLZT晶 体
2
1
Output II
环形镜结构
由耦合器的同侧两臂连接构成。进入耦合器的光被分为两束，分别沿 顺时针和逆时针方向在环中传播，当两束光再次在耦合器中相遇时， 由其干涉决定光纤环形镜的输出特性，实现对光的调制。
PLZT透明陶瓷的电控光散射效应
最大透过率与 最小透过率之 比：100：1
利用电控光散射的光阀示意图
PLZT透明铁电陶瓷的其它效应
除了电控双折射以及电控光散射效应之外， 不同组成的 PLZT 材料还具有电致伸缩效应、 光致伏特效应、光致伸缩效应等，可根据不 同的效应实现材料的应用。
二、PLZT透明铁电陶瓷的发展和主要应用
PLZT透明铁电陶瓷的电控双折射效应
给各向异性的电介质施加外电场 E后，由于压电效应使晶 格产生畸变，介质的折射率n也随之变化，这种由于外电 场引起的晶体折射率的变化现象称为电控双折射效应。 n与E的关系：n=no+aE+bE2 +


电介质的折射率随外电场成线性变化的（由一次项 aE引起）称为一次电光效应； 折射率与电场成平方关系的（由bE2 项引起）称为二 次电光效应。
不同La含量PLZT材料的电滞回线图
La-concentration(x=)
PLZT(9.5/65/35)透明陶瓷： 透过率达到 68% （样品厚度 0.35mm ， 波长为632.8nm） 极小的剩余极化 二次电光系数为1.3410-16 m2/V2。
PLZT(x/65/35)陶瓷材 料的双折射n
具有一般铁电陶瓷所具有 的铁电、介电、压电特性， 同时又具有一般铁电陶瓷 所不具有的高的光学透过 率和多种电控光学效应， 包括电控双折射效应、电 控光散射效应。
光学透 过特性
在500nm—6000nm波长范围内的光学透过率 可达97-98%（不考虑反射损失）
100
80
Transmittance (%)
60
9.0/65/35 1053nm 98.67% 9.5/65/35 1053nm 99.51% 10.0/65/35 1053nm 99.50%
40
20
0
400
600
800
1000
1200
Wavelength (nm)
PLZT（x/65/35）透明陶瓷及光学透过率 （镀增透膜：：1053 nm）样品厚度：0.4mm0.05mm
光开关
机械模式光开关
优点
消光比大、温度稳定性好、无迟 滞、偏振无关、成本低
不足
体积大、开关速度慢 （毫秒）
电 单晶 光 型 （LiNbO3） 光 开 透明功能陶瓷 PLZT 关
液晶
消光比大(5 db)、加工性好、成 体积大、开关速度慢、 本低 热稳定性差 体积小、开关速度高(纳秒)、消 成本高、加工性能差、 光比大(5 db)、迟滞效应小 工作电压高、偏正相关 工作电压低 开关速度高(纳秒) 消光比大(25 db) 电可调效应多、温度稳定性好 成本低、尺寸大、加工性能好
PLZT透明 陶瓷起源
1971年Haertling和Land用La置换Pb(Ti,Zr)O3中一部 分Pb，首次获得PLZT透明陶瓷。
PLZT透明陶瓷的发展
前期工作以PLZT陶瓷制备技术和组成结构，物理性能以及物理本 质（畴结构）为主要研究内容，揭示钙钛矿型铁电材料的许多物 理本质，如极化机制，相变机理等； 二十世纪末光通讯技术的迅猛发展，引起 PLZT 透明铁电陶瓷新 的研究热潮。集中于材料在光开关、光调制器上的应用研究。国 外研制出基于透明铁电陶瓷的光开关和可变光衰减器。
PLZT透明铁电陶瓷的电控光散射效应
极化了的粗晶粒陶瓷片（晶粒大于3-4m），粗晶粒内 电畴发展形成许多散射中心，散射光的强度随着电场强 度的变化而变化——电控光散射效应。代表： PLZT(7/65/35)，对比度：100:1 利用电场诱导的PLZT铁电-反铁电相转变，使材料在电 场作用下由没有光散射的状态（反铁电）转变到光散射 状态（铁电相）。代表： PLZT(7.6/70/30)，对比度： 20:1
70
40
Palarization (C/cm )
Parization (C/cm )
60
20
x=8.0 x=8.2 x=8.5
60 40
2
Transmittance
50 40 30 20 10 0 300 400 500 600 700 800 900
x=10 x=9.5 x=9.0 x=8.5 x=8.2 x=8.0
Outpu t
LD Grating
Lens
EO
新型电光光束偏转器结构示意图
高相干宽带电光调频外腔半导体激光器结 构方案示意图
四、PLZT透明铁电陶瓷的未来
研究工作重点：性能优化、器件应用
发展基于PLZT透明陶瓷的电光调制技术，实现其在 光纤通信和国防应用激光技术等中x=9.0 x=9.5 x=10.0
2
0
-20
-40 -20 -10 0 10 20
-60
-40
-20
0
20
40
Wavw Length (nm)
E (KV/cm)
E (KV/cm)
PLZT陶瓷的透过率
6 5 4 3 2 1 0 8.4 8.6 8.8 9.0 9.2 9.4 9.6 9.8 10.0 10.2 10.4
PLZT透明陶瓷的电光应用——可变光衰减器（VOA）
内部 结构
光衰减 原理
核心：PLZT电光陶瓷
PLZT透明陶瓷的电光应用——高相干宽带电光调频外腔半 导体激光器 利用PLZT电光陶瓷实现光束偏转，设计叠层式等新型器件 结构，有效降低调谐电压，实现高速、宽带调频 。
Complex Cavity
基于PLZT电光材料光束偏转器
PLZT透明铁电陶瓷的电控双折射效应
四方相结构 线性电光效应
A
A B C
C
四方或菱方相结构 记忆效应
假立方相结构 二次电光效应
PLZT材料的室温相图
不同组成PLZT陶瓷的电滞 回线和电控双折射特性
电控双折射效应应用原理
PLZT透明陶瓷的电控双折射光调制示意图
PLZT透明铁电陶瓷的电控光散射效应
PLZT透明铁电陶瓷
报告内容
一、关于PLZT透明铁电陶瓷
二、PLZT透明铁电陶瓷的发展和主要应用 三、我所研究水平和取得的成果 四、PLZT透明铁电陶瓷的未来
一、关于锆钛酸铅镧（PLZT）透明铁电陶瓷
锆钛酸铅镧
[Pb1-xLax(Zr1-yTiy)1-x/4O3 (abbreviated as PLZT(x/1-y/y))]
材料迟滞效应较大
三、我所研究水平和取得的成果
我所是我国最早从事PLZT透明陶瓷制备与性能研究 的单位，是国内唯一、国际上少数能提供PLZT陶瓷 产品的单位。 已建立起完整的透明铁电陶瓷制备工艺，具有先进 的性能、结构分析仪器。
PLZT透明陶瓷——具有优异光学透过率、铁电特性和电 控双折射效应

PLZT透明陶瓷的主要应用
强闪光
光调制器
光衰减器
光 屏 蔽
激光
光隔离器 光衰减器 等等 电光 效应
光 调 制
光开关
PLZT透明 铁电陶瓷
PLZT透明陶瓷用作光调制器件的优势
响应速度快，纳秒量级；开关动作在微区内（25μm25μm）独立完成，可 用来制备成阵列形式的高灵敏度、高分辨率的元器件，可高度集成。