高性能鈮酸鋰晶體與光電器件產(chǎn)品化的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、鈮酸鋰是重要的人工晶體，廣泛應(yīng)用在聲表面波器件、電光調(diào)制、光參量振蕩器、紅外探測以及光通訊器件中。我國是鈮酸鋰晶體的生產(chǎn)大國，但多為壓電級別的晶體，晶體質(zhì)量能夠滿足聲表面波器件使用要求，但作為光學(xué)用途使用，晶體質(zhì)量還存在諸多問題。
　　 本論文工作主要圍繞高品質(zhì)鈮酸鋰晶體的制備以及部分相關(guān)器件的開發(fā)，開展了下面的工作：
　　 （1）大尺寸光學(xué)級鈮酸鋰晶體的研制
　　 為了滿足光通訊器件和軍用激光器件對高品質(zhì)大尺寸

2、光學(xué)級鈮酸鋰晶體的需求，系統(tǒng)研究了大尺寸鈮酸鋰晶體生長及后處理中存在的問題。分析了其中制約晶體光學(xué)質(zhì)量的主要晶體缺陷以及這些缺陷產(chǎn)生的原因。分析結(jié)果表明，改進(jìn)晶體等徑控制克服晶體生長過程中的直徑突變，是提高晶體光學(xué)質(zhì)量的有效途徑。
　　 設(shè)計(jì)了適合大尺寸晶體生長的溫場系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了一套計(jì)算機(jī)晶體生長等徑控制系統(tǒng)，開發(fā)了配套控制軟件。在多臺晶體生長爐上成功應(yīng)用，取代傳統(tǒng)的PID儀表控制方式，解決大尺寸晶體生長中嚴(yán)重的熱滯后問題，進(jìn)而

3、解決了包裹體、生長條紋等常見的缺陷。
　　 生長了一系列三英寸光學(xué)級鈮酸鋰晶體，包括名義純、高摻鎂、摻鐵、摻鋅、摻釹、摻鉺、摻錳等。三英寸名義純鈮酸鋰晶體在50㎜長度內(nèi)光學(xué)均勻性△ne小于3×10-5/㎝，達(dá)到國際先進(jìn)、國內(nèi)領(lǐng)先水平。
　　 （2）大尺寸化學(xué)計(jì)量比鈮酸鋰晶體的研制
　　 化學(xué)計(jì)量比鈮酸鋰晶體減少了大多數(shù)同成分鈮酸鋰晶體中存在的本征缺陷，晶體性能大幅提高，尤其是極化反轉(zhuǎn)電壓的大幅降低和抗光損傷能力大

4、幅提高（需同時低摻鎂），使得它特別適合制備高抗光損傷的周期極化晶體。周期極化晶體應(yīng)用在基于準(zhǔn)相位匹配的光參量振蕩器中，這些光參量振蕩器在紅外對抗、大氣污染在線監(jiān)測等方面有重要的意義。
　　 本論文工作首先從相圖上分析了氣相輸運(yùn)平衡法（VTE）的機(jī)理，結(jié)合實(shí)際工藝分析了擴(kuò)散過程中基片被腐蝕的原因，并通過試驗(yàn)得到了證實(shí)。進(jìn)而根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，對VTE法制備化學(xué)計(jì)量比鈮酸鋰晶體的工藝進(jìn)行了改進(jìn)，使VTE方法簡便易行，成本大大降低。按照改進(jìn)

5、后的工藝，制備出了系列高質(zhì)量化學(xué)計(jì)量比鈮酸鋰晶片。厚度為1.8㎜、直徑約85㎜的化學(xué)計(jì)量比鈮酸鋰晶片氧化鋰含量在49.90±0.05mol％。
　　 利用制備出的三英寸化學(xué)計(jì)量比低摻鎂鈮酸鋰晶片，制備了長度為50㎜、寬度為10㎜、厚度為0.8㎜、周期為30μm的高品質(zhì)的周期極化鈮酸鋰晶體，占空比接近50％。
　　 為制備大尺寸化學(xué)計(jì)量比鈮酸鋰晶體，設(shè)計(jì)并制作了一套熔體注入連續(xù)供料化學(xué)計(jì)量比鈮酸鋰晶體生長系統(tǒng)，包括熔體注入

6、加料系統(tǒng)、溫場、控制系統(tǒng)及配套控制軟件。利用該系統(tǒng)生長出了三英寸化學(xué)計(jì)量比鈮酸鋰晶體，平均氧化鋰含量為49.85mol％，徑向組分偏差為±0.02 mol％/㎝，軸向?yàn)椤?.03mol％/㎝。
　　 （3）高溫度穩(wěn)定性電光調(diào)Q開關(guān)的研制
　　 分析了鈮酸鋰電光調(diào)Q開關(guān)損壞的原因及影響其溫度穩(wěn)定性的原因，提出晶體表面加工光潔度差和內(nèi)部包裹體是導(dǎo)致電光調(diào)Q開關(guān)損壞的主要原因，晶體內(nèi)部應(yīng)力是影響溫度穩(wěn)定性的主要原因。