摻鉿鈮酸鋰晶體光學性能研究.pdf

1、鈮酸鋰(LiNbO3，LN)晶體作為“光學硅”的主要候選材料，在研究和應用中有許多重要的特性，例如電光、聲光、熱光、壓電、非線性、光折變等效應。近期的研究發(fā)現鈮酸鋰晶體中摻入四價鉿離子可以大幅提高其光學性能。然而，摻鉿鈮酸鋰晶體還有許多問題懸而未決，例如關于摻鉿的閾值濃度、本征缺陷與鉿離子的相互作用、紫外光折變、非揮發(fā)光存儲性能等。本論文就這些問題開展了深入的研究工作。
　　 第一章首先介紹了鈮酸鋰晶體的基本物理性質，綜述了鈮酸

2、鋰晶體的缺陷模型理論，總結了鈮酸鋰晶體的光折變特性。
　　 第二章首先研究了同成分和近化學比摻鉿鈮酸鋰晶體的OH吸收光譜。對于CLN:Hf,我們發(fā)現OH"吸收帶在摻雜濃度2.0—2.5 mol％之間中出現急劇藍移；而通過對比CLN:Hf和SLN:Hf晶體的OH吸收譜，我們發(fā)現隨著晶體中Li含量的增加，H+離子不再傾向于占在與3500 cm-1吸收峰相關的位置。其次，我們測量了同成分純鈮酸鋰的低溫紅外光譜，發(fā)現低溫下鈮酸鋰晶體將會

3、出現位于3200cm-1左右的新紅外吸收峰。該吸收峰與晶體中的氫離子無關，并且其峰強和峰形都隨溫度的升高發(fā)生復雜的變化。我們提出該峰起源于電子在相鄰的小極化子（Nb+Li）和自由極化子（Nb+Nb）之間的躍遷。最后，我們測量了高摻鎂鈮酸鋰晶體的低溫紅外光譜，發(fā)現OH振動吸收峰隨溫度的降低向高波數端移動，并指出缺陷之間的相互作用隨溫度的降低而增強是造成OH振動吸收峰移動的主要原因。
　　 第三章我們研究了摻鉿鈮酸鋰晶體的拉曼光譜，

4、測量了單摻鉿鈮酸鋰晶體E(TO)峰的半高寬隨鉿濃度的變化關系，發(fā)現所有E(TO)峰的半高寬對鉿濃度都有相似的依賴關系，并且該依賴關系為簡單線性和濃度在2．O到3.0 mol%之間的一個局域波動的結合。然而，LN:Hf,Fe和LN:Hf,Fe，Mn晶體拉曼半高寬隨鉿濃度變化的關系則為簡單線性關系。此外，在摻鉿鈮酸鋰晶體拉曼光譜的A1（TO)模中，我們在223cm-1附近發(fā)現了一個與鉿相關的局域模。
　　 第四章我們采用光斑疇變和二

5、波耦合的方法研究了晶體的紫外光折變性能。透射光斑在2．O和2.5 mol%之間的變化非常明顯，說明摻雜閾值濃度應該是在2.0和2.5m01%之間。二波耦合曲線表明能量存在穩(wěn)定轉移，紫外光折變的主導機制為擴散并且主導光激載流子為電子。與高摻Mg、Zn和In鈮酸鋰晶體不同，摻鉿鈮酸鋰晶體中的光柵記錄在暗處是穩(wěn)定的，但是對紅光敏感。
　　 第五章在不同的溫度下對鉿錳鐵三摻鈮酸鋰晶體進行了熱處理，研究了晶體的非揮發(fā)性全息存儲性能，實驗結