釹鎂摻雜鈮酸鋰晶體制備與上轉換發(fā)光性能研究.pdf

1、鈮酸鋰(LiNbO3)晶體是目前人工晶體中使用較為廣泛的晶體之一，在電光器件、非線性光學存儲等領域極具價值。由于純鈮酸鋰晶體自身缺陷很大程度上影響了其應用，摻雜離子的加入改變了鈮酸鋰晶體自身的性能，使其應用更加廣泛。本課題研究了釹摻雜及釹、鎂摻雜情況下晶體的生長工藝參數(shù)，摻雜離子占位情況，以及晶體的上轉換發(fā)光性能和上轉換發(fā)光機制。
　　實驗采用提拉法生長鈮酸鋰晶體，生長釹摻雜濃度為0.25 mol％、0.5 mol%、0.75 m

2、ol%的單摻雜晶體，以及0.25 mol% Nd、1.8 mol% Mg和0.25 mol% Nd、3.5 mol% Mg的釹、鎂雙摻雜晶體。在生長過程中，探索出了適合晶體生長的工藝參數(shù)，其中軸向溫度梯度30～40℃/cm，晶體提拉速度為2.0～3.5 mm/h,晶體旋轉速度為15~18 r/min。獲得外觀良好的晶體，繼續(xù)對晶體進行極化退火使晶體單疇化，然后進行機械加工，加工成10 mm×10 mm×2 mm的樣品，并進行雙面拋光，以

3、便于性能測試。
　　采用XRD光譜分析測試了晶體在生長前的粉末樣品及生長后的樣品，與標準鈮酸鋰XRD相比，生長前有新的衍射峰而生長后無新的衍射峰出現(xiàn)，說明晶體生長后摻雜元素進入了正常的格點位置，而未占據(jù)間隙位置。而通過高分辨XRD、紅外光譜、紫外-可見光譜和拉曼光譜分析可知，摻雜元素進入晶體以后，首先占據(jù)晶體的反位鈮位置，當摻雜濃度增加，反位鈮位置被完全占據(jù)，摻雜離子會繼續(xù)占據(jù)正常鋰位和鈮位。
　　對晶體進行上轉換測試，在激

4、發(fā)光波長為479 nm、534 nm、598 nm、753 nm和809 nm的照射下，測試不同摻雜濃度的晶體，可以看到紫外光、紫光、藍光、青光、綠光和紅光波段范圍內的上轉換發(fā)光現(xiàn)象。在單摻雜濃度較低時，上轉換現(xiàn)象不明顯，當摻雜濃度高于閾值濃度以后，上轉換現(xiàn)象尤為明顯，這是因為低濃度時晶體是激發(fā)態(tài)上轉換發(fā)光，濃度較高時為光子雪崩上轉換發(fā)光。當雙摻釹、鎂之后，釹的濃度較低也能看到明顯的上轉換現(xiàn)象，說明鎂離子的摻入改變了晶體的上轉換機制，在