近化學計量比鈮酸鋰晶體光折變性能的研究.pdf

1、鈮酸鋰晶體是一種集電光、聲光、壓電、非線性、光折變等效應于一身的人工晶體，尤其是實施不同摻雜后能呈現(xiàn)出不同的物理性能，是至今人們所發(fā)現(xiàn)的光子學性能最多、綜合指標最好的晶體，被認為是“光學硅”的主要候選材料之一。目前鈮酸鋰晶體研究的最大突破在于近化學計量比晶體的生長。與通常的同成分晶體相比，近化學計量比晶體的周期極化反轉電壓下降、電光系數(shù)、非線性光學系數(shù)、光折變等方面的性能均出現(xiàn)了大幅的提高。如此優(yōu)異的物理性能，加之十分廣泛的應用前景，使

2、得近化學計量比鈮酸鋰晶體迅速成為國際上競相追逐的光電子材料。 然而，近化學計量比鈮酸鋰晶體的各種性能是如何改善的? 這是一個急待解決的根本問題，因為只有弄清性能改善的原因才能進行人為的調控，以適用于各種器件的制作。通常認為，近化學計量比鈮酸鋰晶體性能改善的直接原因是本征缺陷的大幅減少。但本征缺陷影響性能的具體機制是什么，到目前為止，并沒有完全搞清楚。我們研究了鈮酸鋰晶體的本征缺陷對紫外吸收邊的影響，以及不同鋰鈮比的單摻鐵、雙摻鐵

3、錳、銅鈰鈮酸鋰晶體的光折變性能，著重分析了本征缺陷在光折變過程中所起到的主導作用。 第一章，首先介紹了鈮酸鋰晶體的基本物理性質，綜述了鈮酸鋰晶體的缺陷模型、鈮酸鋰晶體的光折變摻雜工程、近化學計量比鈮酸鋰晶體的光折變性能、近化學計量比晶體的制備方法以及本論文的工作計劃。 第二章，系統(tǒng)研究了不同鋰鈮比的名義純鈮酸鋰晶體及不同摻雜量的摻鎂鈮酸鋰晶體的紫外吸收邊，實驗結果表明，名義純鈮酸鋰晶體和摻鎂鈮酸鋰晶體的紫外吸收邊均符合U

4、rbach公式，對應缺陷引起的帶尾吸收，該缺陷為鋰空位。因此通常定義的鈮酸鋰晶體的吸收邊實際上是鋰空位周圍的氧離子(O<'2->)的2p電子到鈮離子(Nb<'5+>)4d軌道的躍遷引起的。 第三章，研究了不同鋰鈮比摻鐵鈮酸鋰晶體光折變光柵的寫入與擦除過程。實驗結果表明，隨著鋰鈮比的提高摻鐵鈮酸鋰晶體的光折變中心由同成分的Fe<'2+>/Fe<'3+>，逐漸過渡為近化學計量比的Fe<'2+>/Fe<'3+>和雙極化子/小極化子雙中

5、心，這是近化學計量比摻鐵鈮酸鋰晶體的光折變性能優(yōu)于同成分晶體的直接原因。 第四章，研究了不同鋰鈮比的LiNbO<,3>∶Fe∶Mn晶體的雙色非揮發(fā)性全息存儲性能，實驗結果表明，隨著鋰含量的增加，LiNbO<,3>∶Fe∶Mn晶體的光折變靈敏度逐漸增加，在鋰含量增加到 49.57mol％時達到最大，之后隨鋰含量的繼續(xù)增加，靈敏度開始下降。在此基礎上，我們提出了近化學計量比雙摻晶體的三中心模型：隨著鋰含量的增加，雙摻晶體的光折變中心

6、除了摻雜離子以外還增加了雙極化子/小極化子。此外，我們在LiNbO<,3>∶Fe∶Mn 晶體中觀察到強烈的自增強效應：在綠光固定光柵的過程中，參考光的能量轉移到了衍射光上，使衍射光得到了放大。 第五章，我們在LiNbO<,3>∶Cu∶Ce晶體上實現(xiàn)了紫外光與綠光的非揮發(fā)性全息存儲，近化學計量比LiNbO<,3>∶Cu∶Ce晶體的靈敏度達到了0.1070 cm/J，是同成分LiNbO<,3>∶Cu∶Ce晶體的15倍。非揮發(fā)全息存儲