近化學(xué)計(jì)量比鈮酸鋰晶體光折變和疇反轉(zhuǎn)研究.pdf

1、鈮酸鋰晶體是一種優(yōu)良的人工晶體，具有很多重要的性質(zhì)，如電光效應(yīng)、聲光效應(yīng)、熱電效應(yīng)、壓電效應(yīng)、彈光效應(yīng)、光折變效應(yīng)等等，在很多方面具有廣泛的應(yīng)用及前景。更為重要的是由于鈮酸鋰在集成光學(xué)方面扮演著重要的角色，故它被認(rèn)為是“光學(xué)硅”材料的有力競爭者之一。目前鈮酸鋰晶體研究的最大突破在于近化學(xué)計(jì)量比晶體的生長。與通常的同成分晶體相比，近化學(xué)計(jì)量比晶體的電光系數(shù)、非線性光學(xué)系數(shù)、周期極化反轉(zhuǎn)電壓降低、光折變等方面的性能均出現(xiàn)了大幅的提高。如此優(yōu)

2、異的物理性能，加之十分廣泛的應(yīng)用前景，使得近化學(xué)計(jì)量比鈮酸鋰晶體迅速成為國際上競相追逐的光電子材料。 最近幾年發(fā)展起來并迅速成為研究熱點(diǎn)的周期極化準(zhǔn)相位匹配技術(shù)、非揮發(fā)性全息存儲技術(shù)、THz波的產(chǎn)生和控制技術(shù)、非線性光子晶體等都使用到不同摻雜的鈮酸鋰晶體。但傳統(tǒng)的同成分鈮酸鋰晶體由于大量本征缺陷的存在，嚴(yán)重影響了鈮酸鋰晶體的實(shí)際應(yīng)用。本論文就不同摻雜近化學(xué)計(jì)量比鈮酸鋰晶體展開一系列研究，力求在不同應(yīng)用研究中尋找到最佳的候選材料，

3、提高鈮酸鋰晶體的應(yīng)用價值。 第一章，首先闡述了工作的背景、目的與意義。綜述了鈮酸鋰晶體的基本物理性質(zhì)和缺陷模型理論，概述了近化學(xué)計(jì)量比鈮酸鋰晶體的性能特點(diǎn)，并介紹了非線性光子晶體的發(fā)展前景。 第二章，介紹了近化學(xué)計(jì)量比鈮酸鋰晶片的制備過程和組分檢測結(jié)果，成功地完成了3英寸1mm厚晶片的制備和多晶片的小批量處理。研究了一系列近化學(xué)計(jì)量比摻鎂鈮酸鋰晶體的抗光折變性能，檢測結(jié)果表明近化學(xué)計(jì)量比低摻鎂鈮酸鋰晶體的抗光折變光強(qiáng)都在

4、 26MW/cm<'2>以上，比同成分純鈮酸鋰晶體提高了6個數(shù)量級以上；同時，根據(jù)近化學(xué)計(jì)量比摻鎂鈮酸鋰晶體的光致折射率變化的研究，預(yù)計(jì)其抗光折變光強(qiáng)可達(dá)到TW/cm<'2>量級。最后，對摻鎂鈮酸鋰晶體抗光折變的微觀機(jī)制進(jìn)行了研究，結(jié)合晶體中鐵離子的占位和缺陷化學(xué)分析，提出了鈮酸鋰晶體抗光折變摻雜雙閾值概念。 第三章，研究了近化學(xué)計(jì)量比單摻鐵、雙摻鎂(銦)摻鐵系列鈮酸鋰晶體的光折變性能。研究結(jié)果表明，近化學(xué)計(jì)量比摻鐵鈮酸鋰晶體與

5、同成分摻鐵晶體相比較，在保持同等衍射效率的前提下，響應(yīng)時間減少到30余秒，光折變靈敏度提高了 3～4倍：還原后的品體響應(yīng)時間更短至幾秒，光折變靈敏度比同成分摻鐵晶體提高4～5倍；近化學(xué)計(jì)量比雙摻鎂摻鐵鈮酸鋰晶體的響應(yīng)時間達(dá)到秒量級以內(nèi)，與同成分摻鐵鈮酸鋰品體相比光折變靈敏度提高了7倍。 第四章，分別研究了近化學(xué)計(jì)量比摻鐵和摻鎂鈮酸鋰晶體的光誘導(dǎo)疇反轉(zhuǎn)行為。在近化學(xué)計(jì)量比摻鐵鈮酸鋰晶體中，利用光學(xué)傅立葉變換方法構(gòu)造二維周期結(jié)構(gòu)進(jìn)行

6、光誘導(dǎo)疇反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了二維周期疇結(jié)構(gòu)的制備。在近化學(xué)計(jì)量比摻鎂鈮酸鋰晶體中，利用聚焦可見光光誘導(dǎo)疇反轉(zhuǎn)方法，實(shí)現(xiàn)了晶體反轉(zhuǎn)電壓的大幅降低(比無光照時降低近70％，達(dá)到750V/mm以下)和“光控”鈮酸鋰晶體疇反轉(zhuǎn)。提出雙光子激發(fā)載流子光誘導(dǎo)疇反轉(zhuǎn)微觀機(jī)制。 第五章，對不同摻雜近化學(xué)計(jì)量比鈮酸鋰晶體的光折變和疇反轉(zhuǎn)性能研究進(jìn)行了總結(jié)，著重介紹了光誘導(dǎo)鈮酸鋰疇反轉(zhuǎn)在非線性光子晶體制備上的可能應(yīng)用，最后對該方向的深入研究和應(yīng)用進(jìn)行了展望