热及电场诱导后石英玻璃内建电场的计算

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玻璃是一种各向同性的材料,本身不具有二阶非线性效应,但经热及电场诱导后可以使其产生比较稳定的二阶非线性效应,本文对玻璃极化的理论机理解释采用多载流子模型。多载流子模型认为产生这一现象主要是由于在空气环境中极化时玻璃材料内部的碱金属离子(主要为Na+)在外加高温和高压的共同作用下越过晶格势垒向阴极迁移,停止加热并保持所加电压不变待玻璃冷却至室温后撤去电压,这样载流子重新分布后在内部形成了一个很强的内建电场,经三阶极化率作用(x(2)=3x(3)E)或偶极子的取向,或两者的共同作用建立一个有效的二阶非线性系数。本文采用多载流子模型分析了玻璃热极化过程,以及玻璃极化时耗尽层的形成,得出氢离子注入深度和外加极化条件的关系。并根据p-n结的理论,在假设了不同电荷分布的基础上,计算了由此引起的内建电场的大小,得出玻璃极化后的产生的二阶非线性效应由钠离子耗尽层的内建电场决定,此电场大小约109 V/m,产生的二阶非线性系数值约为1.0 pm/V。此外本文还计算了真空环境中极化所形成的内建电场分布,通过把计算结果与实验进行了对比,两者符合得很好,证明了该理论的正确性。
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