LiNbO-,3-晶體的光譜研究.pdf

1、太赫茲是10<'12>赫茲，太赫茲(THz)波又叫T射線，通常定義為頻率從0.1-10THz范圍內(nèi)的電磁波，現(xiàn)在研究較多的是中心區(qū)在0.3-3.0THz范圍內(nèi)，介于遠(yuǎn)紅外和微波之間。利用太赫茲時(shí)域光譜(THz-TDS)技術(shù)對(duì)鈮酸鋰晶體(LiNbO<,3>：LN)的吸收系數(shù)和折射率光譜進(jìn)行測(cè)量和分析。實(shí)驗(yàn)樣品為(001)取向的三個(gè)樣品LN(clear)，LN：Fe(0.08％)和LN：Fe(0.1％)。先測(cè)量參考信號(hào)和透過樣品信號(hào)的時(shí)域脈

2、沖波形，然后對(duì)參考信號(hào)和樣品信號(hào)的時(shí)域波形作傅立葉變換，得到相位和振幅頻譜。通過程序計(jì)算得到LN在0.4-1.6THz之間的折射率、吸收系數(shù)和介電常數(shù)。在0.4-1.6THz范圍，純的LN晶體折射率大小為6.3-6.6，介電常數(shù)39.9-43.6，吸收系數(shù)6.62-88.2cm<'-1>。 在0.4-1.6THz范圍測(cè)到的三個(gè)樣品的吸收系數(shù)很接近，都是隨頻率增高而增大，呈拋物線型。樣品摻入Fe對(duì)THz的吸收影響并不大，可知LiN

3、bO<,3>晶體較強(qiáng)的振動(dòng)模式主要是由[NbO<,6>]八面體振動(dòng)引起的，即是O-Nb-O基團(tuán)的振動(dòng)。用最小二成法對(duì)吸收系數(shù)進(jìn)行擬合，得到二次多項(xiàng)式與吸收系數(shù)吻合得較好。二次多項(xiàng)式的系數(shù)定義為樣品的結(jié)構(gòu)系數(shù)，得到三個(gè)樣品的結(jié)構(gòu)系數(shù)有所差別，體現(xiàn)了摻雜對(duì)LN結(jié)構(gòu)的影響。吸收強(qiáng)度取決于聲子的態(tài)密度g(ω)，而態(tài)密度是與能量在K空間的梯度dk/dω成反比。建立Nb-O-維雙原子模型，根據(jù)LN晶體的結(jié)構(gòu)，計(jì)算NB-O鍵的鍵力常數(shù)，在[NbO<,

4、6>]八面體中，Nb-O鍵的三個(gè)長鍵和三個(gè)短鍵的鍵長分別為：0.211nm和0.189nm，得到鍵力常數(shù)β分別為491N/m和683N/m。理論計(jì)算出晶格振動(dòng)的光學(xué)支和聲學(xué)支，以及極化激元。對(duì)極化激元低頻支求dk/dω，得dk/dω隨頻率增加而增大，與吸收系數(shù)α(ω)隨頻率的變化相似，具有類似于雙曲線的形式，說明吸收來源于極化激元。 其次：我們測(cè)量了(100)取向的LN樣品的吸收系數(shù)和折射率，發(fā)現(xiàn)吸收系數(shù)與(001)取向的樣品差