鎂鐵共摻鈮酸鋰晶體的生長與結(jié)構(gòu)及全息存儲性能.pdf

1、本文采用中頻設(shè)備加提拉法，通過優(yōu)化晶體生長的工藝參數(shù)(溫度梯度、晶體生長速度、晶體旋轉(zhuǎn)速度等)，生長出無宏觀缺陷和均勻透明的摻鎂鐵近化學(xué)鈮酸鋰晶體和不同鋰鈮比的摻鎂鐵鈮酸鋰晶體。討論了晶體在生長和極化過程中的開裂原因，并提出了解決辦法。 生長出來的LiNbO3晶體并沒有因?yàn)閾诫s和鋰鈮比的增加而在晶體中出現(xiàn)新相，其結(jié)構(gòu)仍為三方晶系，但由于摻入的Fe2+/Fe3+和Mg2+的半徑與LiNbO3晶體中的離子半徑有一定差別，從而引起使晶

2、胞的大小、形狀及原子位置都發(fā)生微小變化，表現(xiàn)在摻雜晶體的某些晶面的增減。通過對雙摻鎂鐵鈮酸鋰晶體紫外光譜吸收邊、紅外光譜吸收峰和熱差分析隨摻鎂或Li/Nb比的變化而發(fā)生移動的規(guī)律研究，確定了Mg在晶體中的閾值濃度及摻雜離子的占位。認(rèn)為摻Mg量沒有達(dá)到閾值濃度時(shí)，F(xiàn)e離子取代正常晶格中的Li位，而Mg離子占據(jù)反位鈮Nb4+Li。隨著摻Mg量的增加，一部分Fe離子被Mg離子排擠出鋰位而占據(jù)Nb位。當(dāng)晶體中摻鎂量達(dá)到或超過閾值濃度時(shí)，在晶體中

3、的反位鈮Nb4+Li被完全取代后，一部分Mg離子和絕大部分Fe離子開始進(jìn)入正常的Nb位。 晶體的雙折射梯度測試結(jié)果表明，對于摻鎂鐵近化學(xué)計(jì)量比或不同Li/Nb比的LiNbO3晶體，隨著摻鎂量或Li/Nb比的增加，晶體的雙折射率梯度都明顯增加。它們的雙折射率梯度均達(dá)到了10-5cm-1的數(shù)量級，說明所生長晶體都具有良好的光學(xué)質(zhì)量。 利用二波耦合光路，系統(tǒng)地對晶體的全息性能進(jìn)行了研究，研究結(jié)果顯示，無論是對近化學(xué)計(jì)量比還是L

4、i/Nb變化的LiNbO3晶體來說，隨著摻鎂量的增加或Li/Nb的增加，衍射效率、響應(yīng)時(shí)間常數(shù)、擦除時(shí)間常數(shù)、動態(tài)范圍等都呈現(xiàn)出減少的趨勢，光電導(dǎo)的增加是引起上述參數(shù)變化的主要原因。 通過信噪比損失系數(shù)來對全息存儲圖像的質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)研究，結(jié)果表明摻鎂或提高鋰鈮比均可以降低晶體的信噪比損失系數(shù)，提高全息存儲的像質(zhì)。經(jīng)過氧化處理后的晶體，信號光散射噪聲對存儲圖像質(zhì)量的影響要小于生長及還原態(tài)晶體。 采用Mg(4mol％)：Fe

5、(0.03mass％)：LiNbO3(Li/Nb=0.98)晶體作為存儲元件，對晶體進(jìn)行了存儲和相關(guān)識別實(shí)驗(yàn)，在單點(diǎn)中實(shí)現(xiàn)了100幅平面全息圖像的存儲與相關(guān)識別，存儲的圖像衍射效率基本上相同，并且相干峰光斑畸變小，為大容量的全息存儲提供了有利條件；通過對庫中和庫外圖像的識別，識別準(zhǔn)確率達(dá)到了100％。 研究結(jié)果表明摻雜或改變鈮酸鋰中的鋰鈮比的確可以有效調(diào)節(jié)晶體的全息存儲性能。在降低晶體中的扇形噪聲的前提下，高鋰鈮比、摻鎂的雙摻鈮