摻雜鈮酸鋰晶體的缺陷和性質(zhì)研究.pdf

1、本文從化學(xué)鍵的觀點(diǎn)出發(fā)，綜合考慮離子半徑和化合價(jià)對(duì)離子占位的影響，提出了用鍵能方法來研究摻雜離子在鈮酸鋰(LiNbO<,3>)晶格中的占位以及不同摻雜離子對(duì)LiNbO<,3>晶體光學(xué)性能的影響。 在LiNbO<,3>晶格中，摻雜離子M通常進(jìn)入Li位或Nb位形成M-O鍵，根據(jù)鍵能越相近，化學(xué)鍵的性質(zhì)越相似，摻雜引起晶格變形越小的觀點(diǎn)，分別比較M-O鍵與正常格位Li-O鍵和Nb-O鍵的鍵能變化大小，判斷出摻雜離子優(yōu)先進(jìn)入Li位還是N

2、b位。研究結(jié)果表明通過理論計(jì)算得到的摻雜離子占位情況與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。 通過分析摻雜離子占據(jù)不同格位的鍵能變化情況，發(fā)現(xiàn)光折變離子無論占Li位還是占Nb位鍵能都減小，而抗光折變離子占Nb位時(shí)鍵能增加。根據(jù)這一規(guī)律提出了用鍵能標(biāo)準(zhǔn)來區(qū)分光折變離子和抗光折變離子，并預(yù)測(cè)了一些新的抗光折變離子用于指導(dǎo)鈮酸鋰光學(xué)器件的研究與開發(fā)。 運(yùn)用鍵能方法定量計(jì)算了抗光折變離子在LiNbO<,3>晶體中的理論摻雜閾值。以目前研究得最為廣泛且閾

3、值濃度最為統(tǒng)一的同成分摻Mg鈮酸鋰晶體的閾值5.0 mol％為基準(zhǔn)，分別計(jì)算了未摻雜LiNbO<,3>與摻Mg：LiNbO<,3>晶體的鍵能，比較后發(fā)現(xiàn)摻Mg：LiNbO<,3>晶體閾值處的鍵能比未摻雜LiNbO<,3>晶體的鍵能小2.14 kcal。根據(jù)不同抗光折變摻雜LiNbO<,3>晶體在閾值處所呈現(xiàn)出的共性，在相同的生長(zhǎng)條件下，所有的抗光折變摻雜離子在閾值處都會(huì)使晶體的鍵能減小2.14 kcal。根據(jù)這一推論分別計(jì)算了抗光折變離

4、子在同成分和近化學(xué)計(jì)量比LiNbO<,3>晶體中的理論摻雜閾值，定量計(jì)算的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)報(bào)道結(jié)果很接近。 從晶體化學(xué)結(jié)構(gòu)式出發(fā)，提出了抗光折變離子在鈮酸鋰晶體中的摻雜取代機(jī)理，并在此基礎(chǔ)上研究了晶體鍵能與缺陷結(jié)構(gòu)之間的內(nèi)在關(guān)系，發(fā)現(xiàn)晶體鍵能與本征缺陷Li空位的變化趨勢(shì)相反，晶體鍵能隨著摻雜量的增加先增加后減小而后又增加，而Li空位隨著摻雜量的增加先減小后增加而后又減小。 論文最后還研究了摻雜LiNbO<,3>晶體的缺陷能級(jí)。