项目组在光电功能晶体的设计与可控生长、性能调控和应用光学器件方面取得了突出成果。发表SCI检索论文70余篇，被Phys. Rev. Lett, Nature Communications, Chem. Rev. 等期刊引用499次，其中他引397次。申请国家发明专利21项，已授权9项。获得国家自然科学基金面上项目2项，省杰出青年基金1项，国家自然科学基金青年基金4项。已取得的学术成绩主要有以下3个方面。 1、在钽铌酸钾系列晶体设计与可控生长方面 顺电相钽铌酸钾晶体（KTa1-xNbxO3，KTN）以其优异的性能（电光系数大、响应速度快、衍射效率高），成为电光晶体研究的热点。然而，材料（高质量单晶生长十分困难）和物理（高性能的起源）两方面的研究限制，阻碍了KTN晶体的科学研究和应用。我们在如下2个方面，取得了突破。 （1）开发了具有自主知识产权（发明专利，ZL200810137234.5，中国国际专利技术与产品交易会金奖）的钽铌酸钾钠晶体。被国外同行称为KTN系列晶体研究的先锋。应邀提供样品给美国橡树岭国家实验室Olivier教授，开展极性纳米微区的形成与演化方面的合作研究，应邀与美国宾州州立大学Shizhuo Yin教授（SPIE fellow），开展高速电光开关和电光调制器方面的合作研究。我们理论计算了影响KTN晶体质量的因素（成分、形貌、平衡温度等），发现并解决了晶体生长过程中的一些关键科学问题，实现了大尺寸、高质量KTN系列晶体的可控生长。 （2）实现了大尺寸、高性能铌酸钾钠无铅压电单晶（KNN）的生长，在四年一次的国际压电铁电领域权威会议IMF-ISAF-2009的大会报告上，Ahmad Safari教授（IEEE Fellow、IEEE-UFFC副主席，曾于1999-2002期间担任主席）称我们的工作是相关研究的一个突破。铌酸钾钠（KNN）基材料被认为是最具优势的无铅压电材料（Nature，432, 84, 2004），相关研究多限于陶瓷。高质量的KNN单晶利于促进KNN体系高压电性能起源的探索。以上相关研究多次被Phys. Rev. Lett, 115, 093901, 2015；Chem. Rev. 115, 2559, 2015等文章引用。 2、在KTN系列晶体的性能调控研究方面 （1）建立了采用光学干涉技术研究极性纳米微区（PNR）动态电光响应的方法，获得了相界附近KTN晶体中， PNR对温度、电场的响应和演化规律，解释了PNR电光性能的调控机理，建立了PNR的动态电光响应与晶体宏观电光性能的关系。KTN晶体在相界处的优异性能与其内部极性纳米微区（PNR）的微观结构和状态有关。通过对PNR的调控，KTN系列晶体在相界处的二次电光系数超过了10-14 m2 V-2，在500V/mm的电场下，折射率变化是铌酸锂晶体的100余倍。电致伸缩系数达到了10-15 m2 V-2，是目前具有最大电光系数和电致伸缩系数的晶体。 （2）通过提出引入Fe，Mn掺杂增强KLTN晶体内部的空间电荷场，大幅提高了KLTN晶体的衍射效率，结构晶体性能调控和光栅写入技术，在Mn:KLTN晶体中实现高达90%的衍射效率，高于在传统Cu:V:KLTN晶体中的75%，是目前相关研究的最好实验结果，并实现了对衍射光的电场调制。 3、在应用器件研究方面 电控全息技术是全光交换、光学信息处理研究领域的热点。开展基于核心晶体的应用器件研究，无论对发展新材料，还是对推动电控全息衍射器件的实用化都具有重要的意义。 （1）利用外电场来调控掺杂KTN晶体内部的空间电荷场，器件在不同记录角度都有很高且稳定的衍射效率。基于高性能的电控全息晶体，我们还设计制成了多种可调谐分束器，实现了对入射光的高效1维、2维电控分束、高速光开关。获得了多项国家发明专利。 （2）提出了"可变折射率梯度工程"的概念，并基于KTN体系设计制备了高速电控可变折射率梯度KTN器件，实现高速激光扫描功能。

哈尔滨工业大学

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