近化學(xué)計量比鈮酸鋰晶體的生長與性能研究.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(yīng)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(xué)性能最多、綜合指標(biāo)最好的晶體，被認(rèn)為是“光學(xué)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(xué)計量比晶體的生長。與通常的同成分晶體相比，近化學(xué)計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、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(yīng)用前景，使得近

2、化學(xué)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(xué)計量比鈮酸鋰晶體的各種性能是如何得以改善的，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(diào)控，以適用于各種器件的制作。一般認(rèn)為，在近化學(xué)計量比鈮酸鋰晶體中本征缺陷的大幅減少是其性能改善的根本原因。但本征缺陷影響性能的具體機制是什么，到目前為止，這一問題還沒有完全搞清楚，它嚴(yán)重阻礙了材料性能的進一步提高與應(yīng)用。針對上述問題，我們研究了近化

3、學(xué)計量比鈮酸鋰晶體的物理性能，特別是這些性能和晶體組分之間的依賴關(guān)系，著重分析了本征缺陷在這些物理過程中所起到的主導(dǎo)作用。 第一章，首先介紹了鈮酸鋰晶體的基本物理性質(zhì)，綜述了鈮酸鋰晶體的缺陷模型理論，概述了近化學(xué)計量比鈮酸鋰晶體的性能特點。 第二章，我們發(fā)明了熔體注入式雙坩鍋方法，生長了3英寸近化學(xué)計量比鈮酸鋰單晶，晶體中Li2O含量可達(dá)到49.8mol％以上。通過氣相輸運平衡方法獲得了大尺寸近化學(xué)計量比鈮酸鋰晶片，Li

4、2O含量在49.95mol％以上，且均勻性達(dá)到±0.02mol％。 第三章，我們發(fā)現(xiàn)近化學(xué)計量比鈮酸鋰晶體反轉(zhuǎn)電場和反位鈮濃度之間存在非線性關(guān)系，并從疇壁運動學(xué)的角度出發(fā)建立了二維模型理論，出色的解釋了這種關(guān)系。通過引入反映反位鈮(Nb4+Li)周圍疇壁位置的參數(shù)θ，定量描述了電疇反轉(zhuǎn)的具體過程。并利用殼層模型理論得出了臨界角度θc和鈮酸鋰晶體的疇壁能。 第四章，我們利用近化學(xué)計量比及高摻鎂鈮酸鋰晶片的電疇反轉(zhuǎn)，研究了鈮

5、酸鋰晶體中與氫離子相關(guān)的本征缺陷結(jié)構(gòu)。指出近化學(xué)計量比鈮酸鋰晶體紅外光譜分解峰3481cm-1對應(yīng)本征缺陷Nb4+Li次近鄰V-LI上H+的振動，而這個V-Li與Nb4+Li處在同一個氧平面上。進一步完善了近化學(xué)計量比晶體和高摻鎂晶體所對應(yīng)的缺陷結(jié)構(gòu)模型。 第五章，我們探討了低光強下鈮酸鋰晶體組分對光折變性能的影響。發(fā)現(xiàn)不同組分晶體中光折變中心的不同造成了晶體光折變性能隨組分的漸變行為：對于近化學(xué)計量比鈮酸鋰晶體，雙極化子是引起