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物理科学学院张永成副教授在光通信关键材料与应用方面取得突破

2022-04-27 来源:环球体育app最新版下载 作者:环球体育网站

  近日,物理科学学院张永成副教授带领研究生经过多年的研究,成功制备出高度透明的稀土元素Sm改性PMN-PT电光陶瓷。透光率~70%(接近其理论透光率71%),二次电光系数35×10,半波电压约为113V@ d=L=1mm,消光比32dB,综合性能非常优异。并基于自主制备的PMN-PT透明陶瓷搭建了电光信息调制传输系统,实现了数字信号和模拟信号在自由空间的实时传输,验证了PMN-PT透明陶瓷在空间光通信领域应用的可行性。相关成果以Ultra-transparent PMN-PT Electro-Optic Ceramics and its Application in Optical Communication为题发表在国际光学领域著名期刊《Advanced Optical Materials》(即时影响因子IF≈9.1;DOI:10.1002/adom.202002139)。该论文第一作者为硕士研究生房泽,通讯作者为张永成副教授,青岛大学物理科学学院为论文第一作者单位和通讯作者单位。

  电光开关、电光调制器等电光器件具有调制速率高、开关速度快、带宽大、稳定性好等优点,是目前高速光通信网络中的核心器件。与传统电光材料LiNbO3、LGS、BBO、KDP晶体,以及PLZT透明陶瓷相比,铌镁酸铅-钛酸铅(PMN-PT)透明陶瓷具有电光系数大、半波电压低、激光损伤阈值高、响应速度快等优点,是制备大功率、高速率电光开关、电光调制器的理想材料,不仅可以用于光纤光通信,还可以用于空间光通信领域。空间光通信是构建天地一体化信息网络的重要组成部分,对维护国家安全、促进经济发展具有重大意义,已成为5G乃至6G时代的通信新战场。但是满足实用要求的高度透明陶瓷的制备非常困难,大大限制了PMN-PT电光陶瓷的应用。目前美国Boston应用科技公司已成功制备出高度透明PMN-PT陶瓷,并研发出一系列高性能电光器件,而国内尚未见实用化PMN-PT透明陶瓷及器件的报道。

  高度透明PMN-PT透明电光陶瓷的成功制备,解决了高性能电光器件核心材料卡脖子的问题,将对我国新一代信息技术产业的发展起到很好的促进作用。团队前期还系统研究了稀土元素La、Eu、Mn掺杂对PMN-PT透明电光陶瓷、压电陶瓷结构和性能的影响,研究了PMN-PT单晶中铁电畴在原位外加电场下的极化翻转过程,并基于自主制备的PMN-PT基压电陶瓷设计制作出高频医学超声探头,实现血管壁的超声成像和检测。相关成果发表在J. Mater. Chem. C、Ceram. Int.、J. Mater. Sci(封面论文)等期刊上。