近化學計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方面扮演著重要的角色，故它被認為是“光學硅”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計量比晶體的生長。與通常的同成分晶體相比，近化學計量比晶體的電光系數(shù)、非線性光學系數(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。 最近幾年發(fā)展起來并迅速成為研究熱點的周期極化準相位匹配技術(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，嚴重影響了鈮酸鋰晶體的實際應(yīng)用。本論文就不同摻雜近化學計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，概述了近化學計量比鈮酸鋰晶體的性能特點，并介紹了非線性光子晶體的發(fā)展前景。 第二章，介紹了近化學計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計量比摻鎂鈮酸鋰晶體的抗光折變性能，檢測結(jié)果表明近化學計量比低摻鎂鈮酸鋰晶體的抗光折變光強都在

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)近化學計量比摻鎂鈮酸鋰晶體的光致折射率變化的研究，預(yù)計其抗光折變光強可達到TW/cm<'2>量級。最后，對摻鎂鈮酸鋰晶體抗光折變的微觀機制進行了研究，結(jié)合晶體中鐵離子的占位和缺陷化學分析，提出了鈮酸鋰晶體抗光折變摻雜雙閾值概念。 第三章，研究了近化學計量比單摻鐵、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，近化學計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；近化學計量比雙摻鎂摻鐵鈮酸鋰晶體的響應(yīng)時間達到秒量級以內(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，分別研究了近化學計量比摻鐵和摻鎂鈮酸鋰晶體的光誘導(dǎo)疇反轉(zhuǎn)行為。在近化學計量比摻鐵鈮酸鋰晶體中，利用光學傅立葉變換方法構(gòu)造二維周期結(jié)構(gòu)進行

6、光誘導(dǎo)疇反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了二維周期疇結(jié)構(gòu)的制備。在近化學計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)微觀機制。 第五章，對不同摻雜近化學計量比鈮酸鋰晶體的光折變和疇反轉(zhuǎn)性能研究進行了總結(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)用進行了展望