局域高摻鉺鈮酸鋰晶體的制備及特性表征.pdf

1、摻鉺鈮酸鋰晶體(Er:LiNbO3,Er:LN)具有優(yōu)秀的電光性、聲光性、和非線(xiàn)性光學(xué)等性質(zhì),而且有Er離子所具有的光學(xué)特性,是適于制備有源光波導(dǎo)器件的基底材料。但是用常規(guī)方法制備的Er:LiNbO3中,Er的溶解度是有限的,限制了相關(guān)器件的發(fā)展。本論文率先報(bào)道了利用在同成分LiNbO3晶體上同時(shí)進(jìn)行缺鋰氣相輸運(yùn)平衡(VTE)處理和局域Er金屬擴(kuò)散的方法來(lái)制備具有較高Er離子濃度的Er:LiNbO3晶體。
　　 本論文主要有以下

2、工作:
　　 1.在使用缺鋰VTE的方法對(duì)一系列Z-切MgO(5 mol％):LN晶體進(jìn)行處理后,研究了MgO:LN晶體中Li組分下降后OH-紅外區(qū)吸收峰值變化過(guò)程,并總結(jié)出3481 cm-1附近的OH-吸收峰是直接生成的,并不是3535 cm-1附近的OH-吸收峰發(fā)生移動(dòng)而得到的。
　　 2.使用四枚Z-切和四枚X-切同成分樣品(Li2O組分約為48.5 mol％)作為初始材料。利用磁控濺射技術(shù),在樣品表面濺射Er金屬

3、后,分別進(jìn)行1030℃／240h、1050℃／180 h、1070℃／180 h和1100℃／180 h的缺鋰VTE處理,同時(shí)進(jìn)行Er金屬的擴(kuò)散。此后利用雙折射方法得到樣品的Li2O組分,該組分處在(48.0-48.2)±0.1m01％范圍中。使用二次離子質(zhì)譜技術(shù)測(cè)定得出所有樣品中Er離子隨深度方向上的濃度變化,發(fā)現(xiàn)Er離子的深度分布符合余補(bǔ)誤差函數(shù)。利用擴(kuò)散深度,計(jì)算得到每枚樣品的擴(kuò)散系數(shù)。結(jié)合Arrhenius定律,得到X／Z-切樣

4、品的擴(kuò)散常數(shù)和激活能分別為:(1.2±0.2)×107／(2.2±0.3)×104μm2／h,2.32±0.08／1.51±0.08 eV。處理溫度分別為1030,1050,1070,1100℃時(shí),基于質(zhì)量守恒定律,X-／Z-切樣品的Er溶解度近似于(1.42±0.24)／(1.14±0.15),(2.18±0.27)／(2.01±0.19),(2.62±0.26)／(2.68±0.19),(2.54±0.20)／(2.30±0.16)

5、×1020子／cm3。相比于未利用缺鋰VTE處理的樣品,在固定擴(kuò)散溫度時(shí),利用缺鋰VTE處理過(guò)的樣品中Er溶解度有明顯地提高。
　　 3.為了能夠獲得參數(shù)選擇、實(shí)驗(yàn)結(jié)果預(yù)測(cè)、結(jié)果驗(yàn)證方面的參考,通過(guò)數(shù)值分析的方法,對(duì)LN晶體中發(fā)生的Li2O組分變化和Er離子擴(kuò)散過(guò)程進(jìn)行模擬研究,參考有關(guān)資料對(duì)Er擴(kuò)散的過(guò)程給出推理。根據(jù)Fick定律,采用有限差分方法對(duì)擴(kuò)散方程和邊界條件進(jìn)行處理,建立了普遍合理的缺鋰VTE模型和Er離子擴(kuò)散模型。

6、在此之后,以Er離子擴(kuò)散模型為基礎(chǔ),討論了Er金屬全部轉(zhuǎn)化為擴(kuò)散池的時(shí)刻和擴(kuò)散池?cái)U(kuò)散完全的時(shí)刻,并計(jì)算了0-100 nm厚的Er金屬完全擴(kuò)散結(jié)束的時(shí)間曲線(xiàn)和擬合公式,以及0-1000 h的Er離子擴(kuò)散所能夠達(dá)到的1／e深度分布曲線(xiàn)和擬合公式。
　　 所以,在本論文中,率先使用缺鋰VTE的方法研究了MgO:LN晶體中Li組分下降后OH-紅外區(qū)吸收峰值變化過(guò)程；率先利用在同成分LiNbO3晶體上同時(shí)進(jìn)行缺鋰VTE處理和局域Er金屬擴(kuò)