[发明专利]镧掺杂锆钛酸铅电控光散射透明陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及属于透明功能陶瓷材料领域，具体涉及一种镧掺杂锆钛酸铅电控光散射透明陶瓷及其制备方法。

背景技术

随着现代光通讯技术和激光技术的不断发展，各类激光系统对光调制器的功能性需求日益增多，急需能调制、开关各类光信息的电控元件，尤其是对新型高速动态电光型光开关、光衰减器、光隔离器等光学调制功能器件的需求十分迫切。在高速动态电光调制器中，关键核心是实现光强度、相位或方向调制的功能性光学材料，要求这类光学材料具有小的插入损耗、大的电光效应和快的响应速度。目前研究和应用较多的为具有优异电控双折射效应的电光陶瓷和电光单晶等，利用这类材料的电控双折射效应，实现对光的快速调制。然而这类基于电控双折射效应的电光调制器要求调制光为偏振光，即偏振相关，这在一定程度上增加了设计应用难度，具有应用局限性。

而激光技术的迅猛发展，使得高速、偏振无关的光调制器件日益受到青睐。科研工作者提出利用材料的电控光散射效应对入射光强进行调制的设想，它的最大特点是对入射光偏振态没有要求，调制行为偏振无关。目前具有电控光散射效应的材料主要是有机液晶，然而由于液晶的电光效应响应速度慢（毫秒量级），不能满足激光系统纳秒量级的调制速度，同时有机物质的光损伤阈值低，不适于高能激光的调制，因此液晶型电控光散射材料难以适应高速（高能）激光调制系统的应用要求。

特定组成镧掺杂锆钛酸铅电控光散射透明陶瓷（PLZT）是一类重要的功能陶瓷材料，它在可见光至近红外范围具有优异的光学透过率，同时在外电场作用下材料内部可以形成大量排列有序、畴壁趋于电场方向取向的电畴，入射光在穿越折射率不连续的畴壁时产生折射、反射,畴壁作为散射中心，使入射光被大幅度散射衰减。据文献报道，铁电电畴在外电场作用下极化翻转的响应速度是纳秒量级，因此以镧掺杂锆钛酸铅电控光散射陶瓷为核心材料的光调制器的最大优势是响应速度快（纳秒量级），同时无机氧化物的光损伤阈值通常较高，能满足大功率激光调制的需求，因此在高速（高能）、偏振无关型激光调制系统中将拥有重要应用前景。

关于镧掺杂锆钛酸铅电控光散射透明陶瓷的研究报道始于上世纪70年代初，国外学者兰德（Land）（《应用物理学快报》（Applied Physics Letters）,20,169,1972）首先报道了铁电透明陶瓷的电控光散射效应，随后库马达（Kumada）（《铁电体》（Ferroelectrics），10，25，1976）等人探索了PLZT（X/65/35）系列透明陶瓷的电控光散效应在光储存器方面的应用，然而由于随后电控光散型液晶材料的异军突起及其在光显示和光存储应用方面的卓越性能，使制备难度较高的电控光散射透明陶瓷材料的研究被忽视，以致近30多年来该系列材料的制备及性能研究一直停滞不前，而关于透明电光陶瓷电控光散射效应在激光调制方面的研究更未见报道。国内对镧掺杂锆钛酸铅透明陶瓷的研究则一直集中在其电控双折射效应的研究和应用方面，对镧掺杂锆钛酸铅电控光散透明陶瓷的研究报道极少，基本属于空白。

因此，研究获得微结构高度均匀致密，具有优异光学特性和适于激光调制的电控光散射透明陶瓷及其制备方法尤为重要。而且陶瓷材料具有组成精确可控、光学均匀性好、尺寸大、易加工、成本低等优势，是理想的光调制器用光学功能材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镧掺杂锆钛酸铅电控光散射透明陶瓷及其制备方法。这类材料具有单一的钙钛矿相和均匀致密的显微结构，具有宽波长范围内的高光学透过率和高的光强衰减度。

本发明一方面提供一种镧掺杂锆钛酸铅透明陶瓷，所述透明陶瓷的通式为：

Pb_1-xLa_x(Zr_yTi_1-y)_1-x/4O₃，

式中：0.040≤x≤0.100，0.65<y≤0.75。

在本发明优选的实施方式中，所述的镧掺杂锆钛酸铅透明陶瓷的通式为：

Pb_1-xLa_x(Zr_yTi_1-y)_1-x/4O₃，

式中：0.060≤x≤0.090，0.67≤y≤0.72。

在本发明另一优选的实施方式中，所述的镧掺杂锆钛酸铅透明陶瓷的通式为：