非化学计量比铌酸钾锂晶体的光谱特征

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铌酸锂单晶的太赫兹光谱及光学常数之间的关系

子的旋转和振动跃迁以及晶体中晶格的低频振动的吸收频率对应于Ｔｚ波段，此利用ＴｚＴＳＨ因Ｈ —Ｄ
究工作的基础。Ｔｚ时域光谱技术是通过测量ＨＴｚ辐射脉冲的参考时间波形Ｙ（）和经过样品Ｈ，￡后的信号波形Ｙ（），后对时间波形进行傅立叶然
变换，到频域上的函数Ｓ（９得Ｏ）和Ｓ（），数学经
处理，到包含振幅和相位信息的复透射函数得
（．对于透射型时域光谱系统，简单的情况）最
技术能够提供有关化合物结构、型及环境等重要构信息。Ｔｚ谱在凝聚态物理的研究中，Ｈ光占有重要的位置，成为红外光谱、将拉曼光谱、中子衍射等
ＬＮＯｉｂ具有优异的电光、光及非线性光学性能；声同时生长工艺成熟、能稳定、苛求使用环境条性不生，这使它在众 Ⅲ类比功能材料中占据重要地位
收稿日期：０９—１２２０１— ０
示出相当重要的研究价值和应用前景。
薹：：（）。［］（）ｐ．ｐ一） ∞ （
Ｓ（【，ｃ），
利用非线性光学晶体产生和探测太赫兹
（Ｈ）冲是Ｔｚ时域光谱系统最常用的方法之Ｔｚ脉Ｈ
光学常数的影响，据Ｄｂｙ近似模拟样品在低频吸收边的吸收结构系数。并利用光学常数之根ｅｅ

铌酸锂晶体

铌酸锂晶体简介铌酸锂晶体（Lithium niobate，简称LN）是一种非线性光学晶体，具有广泛的应用领域，包括通信、光电子学和激光技术等。

它以其优异的非线性光学性能和稳定性而闻名，被广泛应用于光学调制器、光学开关、光学放大器和光学谐波发生器等领域。

结构与性质铌酸锂晶体属于三斜晶系，晶体结构为中空针晶（Hollow needle-like）。

其化学式为LiNbO3，摩尔质量为147.87g/mol。

铌酸锂晶体的晶格常数为a = 5.1477 Å，b =5.1975 Å，c = 13.863 Å，α = 90°，β = 90°，γ = 120°。

铌酸锂晶体具有良好的光学性能，主要包括： - 高非线性系数：铌酸锂晶体的非线性系数是有机非线性晶体的几十倍，达到约30pm/V，在非线性光学领域具有重要的应用价值。

- 宽光谱宽度：铌酸锂晶体具有宽波导带宽数量和连续调制特性，可用于调制不同波长的光信号。

- 良好的稳定性：铌酸锂晶体具有优异的热稳定性和光学稳定性，在高温和大功率应用中表现出色。

制备方法铌酸锂晶体一般通过实验室合成的方法制备。

主要制备方法有： 1. 水热法：将适量的铌酸、碳酸锂和稀硝酸混合，并在高温高压条件下反应，生成铌酸锂晶体。

然后，通过过滤、干燥、研磨等步骤得到铌酸锂晶体的粉末。

2. 溶胶-凝胶法：将铌酸锂的溶胶和凝胶混合，并通过热处理使溶胶凝胶转化为固体铌酸锂晶体。

应用领域铌酸锂晶体在光学通信、光电子学和激光技术等领域有广泛的应用，主要包括以下几个方面：1.光学调制器：铌酸锂晶体具有优异的光电效应，可以用作光学调制器，实现对光信号的调制和控制，广泛应用于光通信系统中。

2.光学开关：由于铌酸锂晶体具有快速响应时间和低驱动电压的优点，可以制成高速光学开关，用于光信号的切换和调制。

3.光学放大器：铌酸锂晶体基于拉曼放大效应制成的光学放大器具有宽带、高增益和低噪声等特点，可以用于光纤通信和光电子设备中。

纯铌酸锂晶体红外光谱的低温研究解析

纯铌酸锂晶体红外光谱的低温研究3师丽红1 2阎文博31 (弱光非线性光子学材料先进技术及制备教育部实验室, 南开大学, 天津3004572 (天津城市建设学院物理系, 天津3003843 (河北工业大学材料科学与工程学院, 天津300130 (2009年1月20日收到;2009年3月7日收到修改稿测量了同成分纯铌酸锂的低温红外光谱, 发现低温下铌酸锂晶体将会出现位于3200cm -1左右的新红外吸收峰. 研究发现该峰与晶体中的氢离子无关, 并且其峰强和峰形都随温度的升高发生复杂的变化. 基于上述实验结果, 认为该峰应该起源于电子在相邻的小极化子(Nb 4+Li和自由极化子(Nb 4+Nb 之间的跃迁. 另外, 通过拟合发现新红外吸收峰可分解成三个高斯峰, 这三峰应归因于能量有细微差别的三种跃迁.关键词:铌酸锂, 红外吸收光谱, 杂质缺陷PACC :7830G3天津市高等学校科技发展基金(批准号:20070502 , 河北省教育厅科研计划(批准号:2008113 , 天津自然科学基金(批准号:09JCY B JC02400 和河北自然科学基金(批准号:F2009000108 资助的课题.E -mail :yanwenbo @. cn11引言、、光折变及, 其自身机械性能稳定, 且易加工、耐高温、抗腐蚀、原材料来源丰富、价格低廉、易生长成大晶体, 在表面波滤波器、电光调制、电光开关、光波导及其激光器、倍频、高密度信息存储等方面有着广泛的应用前景. 目前, 铌酸锂晶体性能的合理调控始终是国际上光电材料领域的研究热点. 然而, 铌酸锂晶体的性能与其微观缺陷结构密切相关, 调控其性能必须首先清楚地掌握其微观缺陷结构[1].铌酸锂晶体的红外光谱可用于研究晶体缺陷结构. Smith 等人在1968年发现铌酸锂晶体红外光谱中位于3500cm -1附近的氢氧根振动吸收谱[2]. 之后, 人们发现该特征谱对于晶格环境极其敏感. 由于铌酸锂晶体中的氢离子经常出现在缺陷结构的附近进行相应的电荷补偿从而容易与本征缺陷或杂质缺陷形成缺陷集团. 因此, 铌酸锂晶体红外光谱中的氢氧根吸收谱可成为研究缺陷结构的探针[3].除了氢氧根吸收谱, 铌酸锂红外光谱中还包含着许多与缺陷结构相关的重要信息. 在红外光谱的1500—2500cm -1范围内可观测到样品的红外吸收. , 这几个波峰由, 起源于铌酸锂晶体中红外光学声子, 因此, 其可反映晶体的微观缺陷结构. 此外, 在近红外光谱6000—14000cm -1的范围内, 经常会出现半高宽达到几百波数的宽波峰, 这些谱峰是起源于铌酸锂晶体中的各类极化子[4]. 比如12800cm -1谱峰由电子在小极化子Nb 4+Li 间的跃迁引起. 尽管目前关于铌酸锂红外光谱方面的报道已经相当多了, 但前人所获得的数据大都来自室温以及高温下的红外光谱, 而低温下铌酸锂的红外光谱研究目前还比较少. 本文将重点研究名义纯同成分铌酸锂晶体的低温红外光谱. 在本文中将会看到, 低温下铌酸锂晶体将会出现位于3200cm -1左右的新的红外吸收峰.21实验过程本实验所用的光谱仪是由北京第二光学仪器厂生产的W QF 2410傅里叶变换红外光谱仪. 其测量波数范围为400—4400cm -1, 分辨率015cm -1, 波数精度011cm -1, 扫描速度012—215cm -1. 低温控温仪为VAC 2K 1型, 控温精度1K. 采用C50W 型闭循环低温装置制冷, 温度范围10—300K.实验所用样品为名义纯同成分铌酸锂晶片. 该第58卷第7期2009年7月100023290Π2009Π58(07 Π4987205物理学报ACT A PHY SIC A SI NIC AV ol. 58,N o. 7,July ,2009ν2009Chin. Phys. S oc.晶体采用CZ 提拉法从同成分([Li]Π[Nb]=48145Π51155 熔体中生长, 由南开大学光电材料研发中心提供. 我们垂直于c 轴方向将晶体切片, 厚度为110mm , 并将样品表面抛光至光学级, 在傅里叶红外光谱仪上进行测量, 通光方向为c 轴. 测量装置中保温外罩的窗片材料为K Br.首先测量本底光谱, 以做背景. 环境中的水蒸气及其他因素造成的吸收可由本底光谱尽可能消除. 然后进行低温光谱测量. 打开真空泵抽真空, 同时打开闭循环低温装置及控温仪, 以4K Πmin 的平均速率调控降温, 直至温度达到20K. 之后, 缓慢升温至不同温度, 测量样片的红外透射光谱. 在这个过程中, 为了使得到的数据更加可靠, 每次升温至待测温度时, 需稳定4min 才开始测量. 我们分别测量了该样品在20至290K 的温度下的红外透射光谱, 温度间隔为10K. 去除晶片两面反射并考虑其厚度, 可通过红外透射光谱得到吸收光谱.图1常温(290K 以及低温(120K 下纯铌酸锂的典型红外透射谱(插图为氧化处理后纯铌酸锂红外透射谱31结果与讨论图1给出了常温(290K 以及低温(120K 下纯铌酸锂的典型红外透射谱. 我们可以明显地看到两条红外谱线的差异:低温下, 在氢氧吸收峰(3485cm -1 的附近, 大约3200cm -1处出现了一个新的红外吸收峰. 该峰峰宽较大, 大约达到了200cm -1, 与氢氧吸收峰相互重叠. 由于氢氧吸收峰的谱峰较锐,因此可以明显和新的红外谱峰区分开来.那么, 这个新峰到底起源于什么? 下面, 我们先作一简短的讨论. 根据引言中的介绍, 我们知道, 铌酸锂晶体中的红外吸收光谱大致分为三类. 第一类, 电子在振动能级间的跃迁引起的红外吸收, 其谱宽较窄; 第二类, 起源于晶体中的光学声子; 第三类, 电子在晶体中的极化子之间跃迁引起的红外吸收. 我们发现的新峰谱宽较宽, 不太可能起源于氢氧根振动. 另一方面, 铌酸锂中最大波数的光学声子不超过800cm-1, 而我们发现的新峰位于3200cm-1, 距离光学声子的峰位较远, 所以也不太可能与它们有关系. 这样以来, 只剩下一种可能了, 即位于3200cm -1的新峰起源于铌酸锂晶体中的极化子. 由于铌酸锂中已知的两个极化子吸收峰的峰宽都比较宽, 所以, 仅从峰宽来看这种可能比较合理. 然而, 新峰的峰位比较接近氢氧吸收峰, 该峰是否确实与氢离子无关, 另外, , 那其到底起? , , 我们对纯铌酸锂进. 处理时间为6h , 温度为700℃. 经过处理, 晶体中绝大多数氢离子已扩散出晶体. 图1中的插图给出了氧化处理后纯铌酸锂红外透射谱, 显然氢氧吸收峰已经消失, 说明晶体中确实已经没有氢离子. 然而, 我们发现, 在晶体中无氢的情况下, 低温红外光谱中仍然出现位于3200cm -1的红外吸收. 该结果说明新峰的确与晶体中的氢离子无关.为了探寻新峰的起源, 我们研究新红外吸收峰的温度依赖关系. 我们发现该峰的峰强和峰形都随温度发生了明显的变化, 并且其变化相当复杂. 图2(a 给出了新峰从20K 到120K 的光谱谱线. 在这个温度区间内, 新峰的峰强随温度的升高而增强, 而峰形则由单峰峰形逐渐向组合峰峰形过渡. 图2(b 给出了新峰从130K 到190K 的光谱谱线. 在该温度区间内, 新峰的峰强随温度的升高而降低, 直至190K 新峰完全消失. 新峰峰形变化则更为明显, 从150K 以及更高温度的曲线可明显看出新峰不是单峰而是由几个峰组合而成. 值得注意的是, 峰强随温度变化趋势的转变出现在120K. 此外, 在130—140K 的温度范围内, 新峰峰强变化不大, 但峰形变化却非常明显.与晶格振动相关的声子一般具有明显的温度依赖特性, 然而, 前面的讨论已经否定了新峰与光学声子的相关性. 比较合理的可能是新峰起源于晶体中的极化子. 目前, 铌酸锂晶体中已报道的红外类极化8894物理学报58卷图2低温下纯铌酸锂中位于3200cm -1的吸收峰的温度依赖关系(a 温度范围20—120K, 此范围内峰强随温度的升高而增加; (b 温度范围130—190K, 此范围内峰强随温度的升高而降低子有两种:小极化子(Nb 4+Li 和自由极化子(Nb 4+Nb [4].其中, 小极化子是由本征缺陷反位铌离子束缚电子形成的, 自由极化子由正常铌离子束缚电子形成. 产生位于12800cm -1, -1. 那么, . 这方面前人已经做了较多的研究, 结果表明:随着温度的变化, 各类极化子的数量会出现明显的变化, 甚至会消失. Schirmer 等人曾通过研究铌酸锂晶体的可见—近红外吸收光谱随温度的变化趋势探索了晶体中极化子的温度依赖关系[5]. 他们发现, 近红外类极化子常温下是不稳定的, 特别是在生长和氧化态的铌酸锂中它们很难存在. 但是, 在低于120K 的低温下, 近红外类极化子是可以稳定存在的. 联想到新峰峰强随温度升高而降低的起始温度恰好也是120K, 我们认为位于3200cm -1的新峰应该起源于极化子. 然而, 新的红外吸收峰本质上到底是由怎样的电子跃迁引起的呢?K itaeva 等人曾系统研究了极化子对掺镁铌酸锂晶体光学性能的影响, 并从理论和实验两个角度详细讨论了电子在极化子能级上的跃迁[6]. 他们的结果表明, 强还原态掺镁铌酸锂晶体中的红外类极化子比较特殊, 其可以稳定存在于常温下. 并且, 他们还发现在这类晶体的红外光谱中出现了一个宽红外吸收带, 其波数位于2500—3500cm -1. 他们同时认为, 这个吸收带起源于电子在极化子能级上的一种特殊跃迁, 即对应于电子在相邻的小极化子图3140K 低温下新红外光谱峰的拟合结果(Nb 4+Li 和自由极化子(Nb 4+Nb 之间的跃迁. 将这一论点结合到低温红外光谱研究中, 我们认为, 新的3200cm -1红外吸收峰应该与K itaeva 等人发现的宽吸收带有着相同的本质, 即对应于电子在相邻的小极化子和自由极化子之间的跃迁. 由于小极化子位于12800cm -1, 其能级对应于导带下116eV , 而自由极化子位于9600cm -1, 其能级对应于导带下112eV. 而电子在上述两个能级跃迁所吸收的能量大致应为116-112=014eV , 大致对应于3200cm -1. 上述观点从理论上来看也是比较合理的.前面我们提到新的红外谱峰应该是一个组合峰, 而140K 的峰形最具有组合峰特征, 因此我们对该峰进行了拟合处理. 图3给出了该峰的拟合结果. 我们可以看到, 该组合峰能够用三个高斯峰完美拟合, 其中一个分解峰积分面积较大, 位于3274cm -1,98947期师丽红等:纯铌酸锂晶体红外光谱的低温研究图4同成分纯铌酸锂晶体的晶格缺陷结构图而另外两个峰面积较小, 分别位于3250和3223cm -1. 由于三个分解峰的峰位稍有不同, 因此它们应该分别对应能量有细微差别的三种电子跃迁. 图4给出了同成分纯铌酸锂晶体的晶格缺陷结构图.从中可以看到, 反位铌离子近邻有三类正常铌离子A , B 和C . 经过计算, 我们发现B 为最近邻, 01301nm , 而A 和C 稍远一些, 0101337nm. 很显然, B C , (Nb 4+Li到自由极化子(4 别. 因此, 我们可以认为, 新红外谱峰的三个分解峰应该分别对应上述三种跃迁. 其中Nb Li 与B 距离较近, 跃迁概率较大, 所以Nb Li 2B 跃迁应该对应积分面积较大的3274cm -1分解峰;Nb Li 与A 和C 距离较远, 跃迁概率较小, 所以Nb Li 2A 和Nb Li 2C 应该对应积分面积较小的3250和3223cm -1分解峰.反位铌离子作为铌酸锂晶体中的本征缺陷大量存在于同成分铌酸锂晶体中, 然而当晶体的锂组分提高到化学计量比时, 晶体中的反位铌离子将会大幅减少[7]. 那么, 近化学计量比铌酸锂晶体的低温红外光谱将呈现出怎样的形状, 其随温度的变化关系又会如何? 我们将会在后续工作对上述问题中进行系统的研究.41结论在本文中, 红外光谱, -1. . 基于上述实验结果, 我们认为(Nb 4+Li 和自由极化子(Nb 4+Nb 之间的跃迁. 另外, 我们通过拟合发现新红外吸收峰可分解成三个高斯峰, 这三峰应归因于能量有细微差别的三种跃迁.南开大学物理科学学院孔勇发教授为我们实验提供了铌酸锂晶体, 在此表示感谢.[1]G ünter P , Huignard J P 1989Photore fractive Materials and TheirApplications V ols. Ⅰand Ⅱ(S pringer 2Verlag :Heidelberg[2]Sm ith R G, Fraser D B , Denton R T , Rich T C 1968J . Appl .Phys . 394558[3]Cabrera J M , Olivares J , Carrascosa M , Rams J , M üller R , Di éguez E1996Adv . Phys . 45349[4]Schirmer O , Thiemann O , W ehlecke M 1991J . Phys . Chem .Solids 52185[5]K oppitz J , Schirmer O , K uznets ov A I 1987Europhys . Lett . 41055[6]K itaevaG. K h , K uznets ov K A , Penin A N , Shepelev A V 2002Phys . Rev . B 6554304[7]Li X C , K ong Y F , W ang L Z , Liu H D 2008Chin . Phys . B 1710140994物理学报58卷Study on infrared absorption spectra of congruent lithiumniobate crystals at low temperature 3Shi Li 2H ong 12Y an W en 2Bo 31 (The MOE K ey Laboratory o f ATF -W L -NP M , Nankai Univer sity , Tianjin 300457, China2 (Department o f Physics , Tianjin Urban Construction Institute , Tianjin 300384, China3 (School o f Materials Science and Engineering , H ebei Univer sity o f Technology , Tianjin 300130, China(Received 20January 2009; revised manuscript received 7M arch 2009AbstractIn frared absorption spectra of congruent lithium niobate crystals are measured at low tem perature , and a new peak is found at 3200cm -1in the spectra. Results show that this peak has no relationship w ith hydrogen in the crystals and that w ith the increase ofthe tem perature , both the intensity and shape of the peak change in a com plex way. results , wesuggest that the new peak results from the electron trans fer from small (4+ to (5 In addition ,we find that this peak can be decom posed into three G auss peaks to three trans fer processes w ith different energies.K eyw ords :lithium niobate defects PACC :3Project supported by the T echnology Development F oundation of Higher Education Institutions of T ianjin (G rant N o. 20070502 , the Scientific ResearchF oundation of Education Bureau of Hebei Province (G rant N o. 2008113 , the Natural Science F oundation of T ianjin (G rant N o. 09JCY B JC02400 and the Natural Science F oundation of Hebei Province , China (G rant N o. F2009000108 .E -mail :yanwenbo @. cn19947期师丽红等:纯铌酸锂晶体红外光谱的低温研究。

铌酸锂晶体及其应用概述

铌酸锂晶体及其应用概述铌酸锂晶体是一种非线性光学晶体，具有广泛的应用前景。

本文将从铌酸锂晶体的基本特性、生长方法和物理性质入手，探讨其在光学通信、激光技术和光电子学等领域的应用。

一、铌酸锂晶体的基本特性铌酸锂晶体（LiNbO3）是一种双向交变电场晶体，属于三方晶系，晶胞参数a=b=5.148Å，c=13.863Å，空间群R3c。

它的特殊之处在于，它是一种非中心对称晶体，具有二阶非线性光学效应，其线性光学系数很大，具有良好的光学透明性，是光学通信、激光技术和光电子学领域非常重要的功能晶体。

铌酸锂晶体具有很高的折射率和良好的非线性光学性能，具有很好的光学透明性，特别是在红外区域。

铌酸锂晶体具有很大的电光效应和压电效应，可以实现光学信号和电学信号之间的转换。

二、铌酸锂晶体的生长方法1. Czochralski法生长Czochralski法是目前生长铌酸锂晶体的主要方法之一。

它是利用熔体温度梯度以及晶体与熔体之间的界面形成来生长晶体的。

这种方法生长出的晶体具有很好的纯度和晶体结构，并且尺寸比较大。

2. 水热法生长水热法是一种比较新颖的生长铌酸锂晶体的方法，该方法能够生长出比较大的晶胞尺寸的晶体，并且在生长过程中还可以控制很多晶体成分的不均匀分布。

该方法可以控制生长晶体的形状，并可以便捷地加工成所需形状和尺寸的晶体。

1. 光学通信铌酸锂晶体在光学通信领域中的重要性越来越高。

它具有优异的非线性光学效应，可以用于光学开关、光学调制等应用。

它的电光效应可以将电学信号转化为光学信号，从而实现光与电的互转换。

2. 激光技术铌酸锂晶体在激光技术中也有广泛应用。

其二阶非线性光学效应可以用于产生二次谐波，从而实现紫外激光的产生。

在光学晶体中，铌酸锂晶体也是用于激光器Q开关的重要材料。

3. 光电子学铌酸锂晶体在光电子学中的应用也很广泛。

它的压电效应可以将机械信号转化为电学信号，通过触发铌酸锂晶体的电光效应，实现机械信号的光学转换。

量子信息用光学级近化学计量比铌酸锂晶体

量子信息用光学级近化学计量比铌酸锂晶体量子信息是一门前沿的科学领域，它利用量子力学的原理来处理和传输信息。

光学级近化学计量比铌酸锂晶体在量子信息领域中扮演着重要的角色。

本文将探讨铌酸锂晶体在量子信息中的应用以及其在光学级近化学计量比方面的重要性。

铌酸锂晶体是一种具有优异光学性能的材料，它具有高透明度、较大的非线性光学系数和优异的光学稳定性。

这些特性使得铌酸锂晶体成为量子信息处理中的理想选择。

在量子计算中，铌酸锂晶体可以用作光学量子比特的存储和操作介质。

通过对铌酸锂晶体进行精确的化学计量比控制，可以实现量子比特之间的高效耦合和精确操作，从而提高量子计算的可靠性和性能。

铌酸锂晶体还可以用于量子通信中的光子存储和传输。

通过将光子信息编码到铌酸锂晶体中，可以实现光子的延迟和存储，从而实现远距离的量子通信。

光学级近化学计量比的控制对于实现高效的光子存储和传输至关重要。

通过精确控制铌酸锂晶体的化学计量比，可以调节其光学性能，提高光子存储和传输的效率和稳定性。

除了在量子计算和量子通信中的应用，铌酸锂晶体还可以用于量子密钥分发和量子传感等领域。

在量子密钥分发中，铌酸锂晶体可以用作光子存储介质，实现安全的密钥传输。

在量子传感中，铌酸锂晶体可以用于测量微弱的物理量，如光强、温度和压力等。

通过精确控制铌酸锂晶体的化学计量比，可以提高量子传感的灵敏度和精确度。

光学级近化学计量比铌酸锂晶体在量子信息领域中具有重要的应用价值。

通过精确控制铌酸锂晶体的化学计量比，可以实现量子比特的高效操作和精确控制，提高量子计算和量子通信的性能。

此外，铌酸锂晶体还可以用于量子密钥分发和量子传感等领域。

随着量子信息技术的不断发展，铌酸锂晶体的应用前景将更加广阔。

相信在不久的将来，铌酸锂晶体将在量子信息领域中发挥更加重要的作用。

A位非化学计量比对铌酸钾钠陶瓷极化程度的影响

Ｆ４ｇｍｈｅｖａ山ｄｇｉｍｊｂｎｏｇｍ啪ｎｍｏＰｅｎｅｍｔｅｆ。（ｏ＋ａ５ｘＮ０－．Ｌｂ３・Ｋ．ｘｏ＋）ｂ，Ｏ０ｉＯｓＮ．４Ｓａｄ即叫川ｎｄｍ坩咖。
必然吸引大量空间电荷在晶界上，样在极化过程中，造成空间电荷的移动而发生击穿。当＝．０这就００７５
摘要研究了Ａ位非化学计量比对铌酸钾钠陶瓷极化程度的影响。采用固相反应法制备了
０９．６Ｋ＋Ｎａ。
．
＋
ＮＯ一．４ｉｂ，系无铅压电陶瓷，ｂ，００ＬＳＯ通过建立钙钛矿结构的极化模型，究了研
为ＮＯ氧八面体。ｂ
ｋＶ
ｋＶ
ｋＶ
图１具有Ａ空位的陶瓷模型极化
Ｆｇ１Ｐｌｉａｉｎｍｏｅｆｃｒｍｉｓｏｉ．ｏｒｔｄｌｅａｃｆａｚｏｏｐｒｖｋｔｓｒｃｕｅｗｔｍｐｙＡｉｓｅｏｓｉｔｔｒｉｅｔｓｔｅｕｈｅ
收稿日期：０１—１２１０—２５
基金项目：国家自然科学基金资助项目（００１０６８１２）１８４３；０７０７作者简介：张红梅（９０一）女，１７，山西临猗人，副教授，博士生，主要从事计算机应用及电子材料方面的研究
Ｅ — ｍａｌｚｍｐｕｉ：ｈｌｍ＠１３ｃｒ６．ｏｎ
时，陶瓷烧结过程中挥发的Ａ位离子刚好补偿了因高温挥发了的钾钠离子，晶胞完整，有空位和缺陷的产没

铌酸锂晶体光学特性的研究

我们仍采用同成分LiNbO3 晶体的实验条件，极化温度选为1160°C，极化电流为5mA/cm2 ，通电时间30分钟。 5mA/cm 30 具体工艺流程如下：以80°C/h的升温速率升温到1160°C，恒温8小时后，通电30分钟，最后以 80°C/h的降温速率带电降到室温即可。
晶体极化处理后，还需要进行定向切、割、研、磨、抛光处理才能使用。我们使用x-射线定向仪，进行定向用内圆切割机进行切割，样品尺寸为 10×8×2mm3(z，x，y)。
本文研究不同锂铌比锆铁铌酸锂晶体中杂质离子的占位机理和晶体的缺陷结构。采用提拉法生长出无宏观缺陷、光学质量较好的不同锂铌比锆铁铌酸锂单晶体，研究总结最佳生长工艺参数。通过测定各样品(300)面的X射线衍射半高宽，研究锂铌比对掺锆铁铌酸锂晶体缺陷密度的影响。通过不同锂铌比掺锆铁铌酸锂晶体的紫外-可见吸收光谱，研究不同锂铌比锆铁铌酸锂晶体中杂质离子的占位机理和晶体的缺陷结构；对各吸收峰和发光峰进行解释，并研究锂铌比对晶体光发射性能的影响。
专业：材料物理姓名：张春飞指导教师：代丽系主任：陈春天
长期以来，人们希望能够很好地将非线性和激光性能复合，获得复合功能的晶体材料。尽管这一要求看起来不难实现，但实际上，由于激光晶体和非线性晶体分别有实现其自身功能的不同要求，往往具有良好激光性能的晶体并不具有非线性，而优良的非线性光学晶体并不能为激活离子提供可产生激光运转的格位。所以目前只有少数几种晶体能够同时满足这两方面的要求，本实验的锆铁铌酸锂就是其中之一。掺杂且非同成分LiNbO3 晶体的生长工艺不同于同成分 LiNbO3 晶体，为了保证晶体组分均匀，抑制各种宏观缺陷，提高晶体质量，必须改进晶体生长工艺条件，这也是本课题的主要研究目的之一。因此，本课题对锆系掺杂LiNbO3 晶体生长工艺及光谱性能系统研究，分析掺杂离子在晶体中占位机理，这不仅对推动LiNbO3 晶体在全息存储应用实际化进程，而且对进一步完善LiNbO3晶体的掺杂工程有着重要意义。

铌酸锂晶体光谱特性的研究

锆铁铌酸锂晶体生长及其光谱性能研究摘要本论文中采用提拉法生长了一系列Zr:Fe:LiNbO3晶体，研究了晶体的生长工艺、结构及光谱性能。

在晶体生长部分中，对晶体生长的工艺参数进行了探索与优化，确定了合理的生长工艺，生长出了质量较好的晶体，并对生长出的晶体进行了极化、切割、抛光等处理。

Fe:LiNbO3晶体由于具有较高的衍射效率和灵敏度而成为最重要的全息存储材料之一。

然而，Fe:LiNbO3晶体仍然存在两点不足之处，即响应时间长和抗光散射能力低。

所以，需要寻找一种响应速度和抗光散射能力优于Fe:LiNbO3晶体的全息存储材料。

我们采用提拉法生长了熔体中[Li]/[Nb]比分别为0.85、1.05和1.38的Zr:Fe:LiNbO3晶体。

X射线衍射测试表明，Zr离子进入晶体后，首先取代反位铌(+4Nb)离LiZr缺陷。

对样品的紫外-可见吸收光谱测试结果表子，占据Li位形成+3Li明，随着[Li]/[Nb]比增加，吸收边逐渐紫移。

在室温下对样品的红外光谱进行了测试，从样品的红外光谱测试结果可以看出，随着[Li]/[Nb]比增加，OH-吸收峰的位置没有发生较大的移动，但吸收峰的强度逐渐减小。

研究结果表明，Zr是一种有效提高Fe:LiNbO3晶体抗光散射性能的掺杂离子。

Zr:Fe:LiNbO3晶体是一种较好的体全息存储材料。

关键词铌酸锂晶体；晶体生长；光谱性能Zirconium Iron Lithium Niobate Crystal Growthand Spectral PropertiesAbstractSeries of Zr:Fe:LiNbO 3 crystals were grown by the Czochralski method. The growth and structure and the optical properties of the crystals were studied.In the part of crystal growth, the technological parameters of crystal growth were explored and optimized ，the reasonable technological parameters were decided and the high quality crystals were grown. The crystals as-grown were processed by poling 、cutting and polishing.X-ray diffraction tests show that, Zr ions into the crystal, the first thing toreplace trans Nb(+4Li Nb ) ions occupy Li-bit form +3Li Zr defects. The defectstructure was analyzed by UV-vis spectroscopy, which shows that the absorption edges shift to the violet with the [Li]/[Nb] ratio increase. The infrared transmittance was measured by a Fourier infrared spectrometer at room temperature. With the [Li]/[Nb] ratio increase, the locations of OH - vibration peaks change slightly, but the intensity of OH - vibration peaks decrease.Zr is a more effective doping element for Fe:LiNbO 3 crystal to improve its optical damage resistance properties. It is proved that Zr:Fe:LiNbO 3 crystal is a good holographic storage material.Keywords Zr:Fe:LiNbO 3 crystal; Crystal Growth; Spectral Properties目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 铌酸锂晶体 (1)1.2 铌酸锂晶体的结构及缺陷 (1)1.2.1 铌酸锂晶体的结构 (1)1.2.2 铌酸锂晶体的本征缺陷 (2)1.2.3 铌酸锂晶体的非本征缺陷 (3)1.3 铌酸锂晶体的掺杂改性 (4)1.3.1 光折变敏感离子掺杂 (4)1.3.2 抗光折变离子掺杂 (5)1.3.3 激光离子掺杂 (5)1.3.4 掺杂离子之间的互补效应 (6)1.3.5 双掺杂铌酸锂晶体的光致变色效应 (6)1.4 本章研究的目的及意义 (7)1.5 本课题研究的内容 (7)第2章锆铁铌酸锂晶体的生长 (8)2.1 引言 (8)2.2 锆铁铌酸锂晶体生长的技术进展 (8)2.3 掺杂离子的选择 (9)2.4 锆铁铌酸锂晶体生长设备装置 (10)2.4.1 提拉法生长晶体 (10)2.4.2 晶体生长设备装置 (10)2.5 铌酸锂晶体生长工艺 (11)2.5.1 温度梯度 (11)2.5.2 晶体的提拉速度 (12)2.5.3 晶体的旋转速度 (13)2.6 锆铁铌酸锂晶体的生长的原料配比 (13)2.6.1 晶体的生长过程 (14)2.7 锆铁铌酸锂晶体的极化处理 (16)2.8 锆铁铌酸锂晶体的加工 (17)2.9 本章小结 (17)第3章锆铁铌酸锂晶X射线衍射 (18)3.2 X射线衍射的基本原理 (19)3.3 X射线衍射的试验结果分析 (20)3.4 本章小节 (22)第4章锆铁铌酸锂红外、紫外光谱测试 (23)4.1 红外吸收光谱 (23)4.2 红外吸收光谱测试结果 (24)4.3 紫外吸收光谱 (25)4.4 紫外吸收光谱测试结果 (27)4.5 本章小节 (29)结论 (39)致谢 (40)参考文献 (41)附录A (43)附录B (57)第1章绪论1.1铌酸锂晶体铌酸锂(LiNbO3，简称LN)晶体是一种重要的人工合成多功能压电、铁电和电光晶体[1]。

国内铌酸锂材料的优势

国内铌酸锂材料具有以下优势：
1. 优异的电光性能：铌酸锂是一种具有多功能声光、铁电和电光、压电、激光活性、光折变及非线性等特点的晶体材料，其电光系数显著高于其他材料，如磷化铟。

这使得铌酸锂在制造调制器、光开关等光电器件方面具有独特的优势，是大容量光纤传输网络和高速光电信息处理系统中的关键器件。

2. 高的热稳定性和化学稳定性：铌酸锂材料能够在高温下工作，具有良好的耐化学腐蚀性能，可以长时间保持其性能和稳定性。

这种稳定性使得铌酸锂在高温、高湿等恶劣环境下仍能保持其优良的性能。

3. 易于掺杂和加工：铌酸锂材料的结构特点使其易于进行掺杂改性，从而可以调整其性能以满足不同的应用需求。

同时，铌酸锂材料易于加工，可以制成各种形状和尺寸的器件，方便实际应用。

4. 较低的成本：与其他一些晶体材料相比，铌酸锂材料的生长成本较低，生长工艺相对成熟，容易生长出较大块的优质晶体。

这使得铌酸锂材料在价格上具有竞争力，有利于其在市场上的推广和应用。

5. 广泛的应用领域：由于铌酸锂材料的上述优点，它被广泛应用于各个领域，如光通信、光电子、激光技术、光学存储等。

在这些领域中，铌酸锂材料发挥着重要的作用，推动了相关技术的发展和进步。

综上所述，国内铌酸锂材料在电光性能、热稳定性和化学稳定性、掺杂和加工、成本以及应用领域等方面具有显著的优势，这使得它在光电子领域和相关行业中具有广泛的应用前景。

铌酸锂的性质及应用

资料范本本资料为word版本，可以直接编辑和打印，感谢您的下载铌酸锂的性质及应用地点：__________________时间：__________________说明：本资料适用于约定双方经过谈判，协商而共同承认，共同遵守的责任与义务，仅供参考，文档可直接下载或修改，不需要的部分可直接删除，使用时请详细阅读内容铌酸锂的性质及应用一、晶体基本介绍铌酸锂(LINbO3，LN)晶体是一种集压电、铁电、热释电、非线性、电光、光弹、光折变等性能于一体的多功能材料，具有良好的热稳定性和化学稳定性，可以利用提拉法生长出大尺寸晶体，而且易于加工，成本低，是少数经久不衰、并不断开辟应用新领域的重要功能材料。

目前，已经在红外探测器、激光调制器、光通讯调制器、光学开关、光参量振荡器、集成光学元件、高频宽带滤波器、窄带滤波器、高频高温换能器、微声器件、激光倍频器、自倍频激光器、光折变器件(如高分辨的全息存储)、光波导基片和光隔离器等方面获得了广泛的实际应用，被公认为光电子时代光学硅的主要侯选材料之一。

基于准相位匹配技术的周期极化铌酸锂 (PeriodieallyPoledLiNbO3，PPLN)，可以最大程度地利用其有效非线性系数，广泛应用于倍频、和频/差频、光参量振荡等光学过程，在激光显示和光通信领域具有广阔的应用前景，因而成为非常流行的非线性光学材料。

二、基本化学性质铌酸锂晶体简称LN，属三方晶系，钛铁矿型(畸变钙钛矿型)结构，AB03型晶体结构的一种类型。

其原子堆积为ABAB堆积，并形成畸变的氧八面体空隙，1/3被A离子占据，1/3被B离子占据，余下1/3则为空位。

此类结构的主要特点是:A和B两种阳离子的离子半径相近，且比氧离子半径小得多。

分子式为LiNbO3，分子量为147.8456。

相对密度4.30，晶格常数a=0.5147 nm，c=1.3856 nm，熔点1240℃，莫氏硬度5，折射率n0=2.797，ne=2.208(λ=600 nm)，界电常数ε=44，ε=29．5，ε=84，ε=30，一次电光系数γ13=γ23=10×10m/V，γ33=32×10m/V．Γ22=-γ12=-γ61=6.8×10m/V，非线性系数d31=-6.3×10 m/V，d22=+3.6×10m/V，d33=-47×10m/V。

纯铌酸锂晶体红外光谱的低温研究

纯锯酸锂晶体红外光谱的低温研究
I丿硕红;阎文博
［摘要］测量了同成分纯锭酸锂的低温红外光谱，发现低遍下規酸锂晶体将会出现位于3200 cm-1左右的新红外吸收峰•研究发现该峰与晶体中的氢离子无关，并且其峰强和峰形都随温度的升高发生复杂的变化•基于上述实验结果，认为该峰应该起源于电子在相邻的小极化子(Nb4+Li)和自由极化子(Nb4+Nb)之间的跃迁•另外，通过拟合发现新红外吸收峰可分解成三个高斯峰,这三峰应归因于能量有细微差别的三种跃迁.
【期刊名称】《物理学报》
【年(卷)，期】2009(058)007
【总页数】5页(P4987-4991)
［关键词］罷酸锂;红外吸收光谱;杂质缺陷
【作者】师丽红;阎文博
［作者单位］弱光非线性光子学材料先进技术及制备教育部实验室，南开大学，天津,300457沃津城市建设学院物理系沃津,300384;河北工业大学材料科学与工程学院天津,300130
【正文语种】中文
【中图分类】其他第58 卷第7 期2009 年7 月1000-
3290/2009/58(07)/4987-05 物理学报
ACTA PHYSICA SINICA Vol.58/No.7f July,2009~2009Chin.Phys.Soc.纯锯酸。

铌酸锂晶体简介

晶体类型：中心对称，空间群为P4/mmm
晶格常数： a=b=3.21Å，
c=5.14Å
原子间距： Li+和Nb5+间
距分别为 0.78Å和
0.58Å
晶体结构特点：层状结构，Li+ 和Nb5+交替排列形成层状结构，层与层之间以弱的范德华力相互
作用
PART TWO
铌酸锂晶体在光学领域的应用，如光调制器、光波导和光子晶体等。
光学领域：铌酸锂晶体具有独特的光学性质，可用于制造新型光学器件和光子晶体。
声学领域：利用铌酸锂晶体的声学特性，可开发出高性能的超声波换能器和声学滤波器。
传感器领域：铌酸锂晶体可以用于压力、温度、磁场等物理量的检测，具有高灵敏度和快速响应的特点。
新能源领域：利用铌酸锂晶体的离子电导特性，可开发出高效能的全固态电池和燃料电池。
利用铌酸锂晶体的电光效应，可以实现高速光信号处理和光通信。
铌酸锂晶体在光学相位共轭方面的应用，可以用于图像处理、光学通信和激光雷达等领域。
铌酸锂晶体在光学频率转换方面的应用，可以实现不同频率激光之间的转换，具有广泛的应用前景。
声波传播速度测量声波导引声波聚焦与成像声波滤波与调制
铌酸锂晶体在电子学中用作声光器件和电光器件的基片材料。铌酸锂晶体具有较高的非线性系数，可用于制作倍频器、调制器等器件。铌酸锂晶体在电子学中还被用作表面等离子体共振传感器和光学传感器的基底材料。铌酸锂晶体的透明性和稳定性使其成为电子显示器的理想材料之一。
铌酸锂晶体在生物医学领域的应用，如药物传递和癌症治疗。介绍铌酸锂晶体在医学影像技术中的应用，如超声成像和光学成像。探讨铌酸锂晶体在生物传感器和诊断技术中的应用，例如用于检测生物分子和细胞。介绍铌酸锂晶体在再生医学和组织工程中的应用，如用于构建人工器官和组织。

铌酸锂晶体标准

铌酸锂晶体标准
铌酸锂晶体是一种重要的光电材料，具有优异的压电、铁电、光电和非线性光学等特性。

在光通信、光电子学、微电子学等领域有着广泛的应用。

1. 铌酸锂晶体的物理性质：铌酸锂晶体属于三方晶系，具有高的折射率和良好的光学透明性。

其晶体结构稳定，化学性能优良，能够在高温、高压、强辐射等恶劣环境下保持稳定。

2. 铌酸锂晶体的制备方法：主要有熔融法、溶液法、水热法、气相沉积法等。

其中，熔融法是最常用的制备方法，通过将铌酸锂原料在高温下熔化，然后冷却凝固得到晶体。

3. 铌酸锂晶体的应用：铌酸锂晶体广泛应用于光波导、光调制器、光开关、光放大器、光纤传感器等光电器件中。

此外，由于其优异的压电和铁电性能，也被用于制造声表面波器件、压电陶瓷等。

4. 铌酸锂晶体的标准：对于铌酸锂晶体的质量，通常采用以下标准进行评价：晶体的纯度、晶体的尺寸和形状、晶体的光学性能（如折射率、透射率等）、晶体的物理性能（如硬度、抗压强度等）。

5. 铌酸锂晶体的研究进展：近年来，随着纳米技术的发展，铌酸锂纳米晶体的研究也取得了重要进展。

例如，通过控制纳米晶体的生长条件，可以制备出具有特定性能的铌酸锂纳米晶体，为光电器件的设计和制备提供了新的可能。

近化学计量比铌酸锂晶体的生长及其结构

近化学计量比铌酸锂晶体的生长及其结构郑威;王凤春;徐玉恒【期刊名称】《硅酸盐学报》【年(卷),期】2004(32)11【摘要】在优化的生长条件下,采用提拉法从加入摩尔分数6%K2O的一致共熔融LiNbO3组分中生长出近化学计量比LiNbO3晶体。

用X射线粉末衍射法测定晶体结构,与同成分LiNbO3晶体相比,近化学计量比LiNbO3晶体晶格常数减小。

通过紫外可见吸收光谱测定它的基础吸收边,在吸收系数为15cm-1时,与同成分LiNbO3的吸收边位置(322nm)相比,近化学计量比LiNbO3吸收边(309.8nm)紫移了约12nm。

根据测试结果,利用经验公式计算了此晶体的锂含量约为49.70%。

近化学计量比LiNbO3晶体的红外H—O振动出现了双峰结构,除了1个小的象征与锂缺少有关的3482cm-1吸收峰外,还出现了更强的3466cm-1吸收峰。

这表明近化学计量比LiNbO3晶体锂铌摩尔比增加,晶体内的本征缺陷减少,从而晶胞收缩,晶格更加接近理想结构。

【总页数】4页(P1367-1370)【关键词】铌酸锂晶体;化学计量比;提拉法晶体生长【作者】郑威;王凤春;徐玉恒【作者单位】哈尔滨理工大学材料科学与工程学院;哈尔滨工业大学应用化学系【正文语种】中文【中图分类】O782.5【相关文献】1.掺Eu(3+)近化学计量比铌酸锂晶体的生长与光谱特性 [J], 万云涛;夏海平;张嗣春;章践立2.铜铁双掺近化学计量比铌酸锂晶体生长及其光折变性能研究 [J], 刘淑杰;石连升;孙金超;段玉旺3.近化学计量比铌酸锂晶体生长的新方法(英文) [J], 吴剑波;姚淑华;夏宗仁;秦小勇;高磊;刘宏;王继扬4.富锂熔体中提拉法生长近化学计量比铌酸锂(LiNbO_3)晶体 [J], 高磊;王继扬;刘宏;吴剑波;秦小勇5.近化学计量比和掺镁近化学计量比铌酸锂晶体的生长与表征 [J], 孙德辉;刘宏;桑元华;秦小勇;崔坤;王继扬因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

铌酸锂透明波段

铌酸锂透明波段
铌酸锂是一种重要的非线性光学晶体，广泛用于激光技术、光通信、光电子学等领域。

它在透明波段（即光学波长范围）的光学特性对于光学器件的设计和应用至关重要。

在透明波段，铌酸锂晶体通常表现出以下特性：
1．高透明度：铌酸锂晶体在透明波段具有很高的透明度，能够有效地传输光信号，减少光损耗，适用于制备高效率的光学器件。

2．广泛的透明波段：铌酸锂晶体的透明波段覆盖了可见光和红外光区域，通常在400纳米至5000纳米的波长范围内具有良好的透明性。

3．非线性光学特性：铌酸锂晶体在透明波段表现出良好的非线性光学特性，例如二次谐波产生、光学参量振荡等，可用于产生高质量的激光输出和频率转换。

4．热光学性能：透明波段下铌酸锂晶体的热光学性能也需要考虑，因为高功率光束通常会引起晶体的光学性能衰减和热失真，需要适当的热管理措施。

综上所述，铌酸锂晶体在透明波段具有重要的光学特性，广泛应用于光通信、激光雷达、光学传感等领域的光学器件中。

对其透明波段的光学特性的了解有助于更好地设计和应用铌酸锂晶体制备的光学器件。

铌酸锂晶体和钽铌酸钾锂晶体光学性质的研究的开题报告

铌酸锂晶体和钽铌酸钾锂晶体光学性质的研究的开
题报告
【摘要】
铌酸锂晶体和钽铌酸钾锂晶体是一类具有优良光学性质的晶体材料，由于具有较宽的透光谱范围、较高的折射率、良好的非线性光学性能等
优点，被广泛应用于激光器、光通信、生物医学领域等。

本研究旨在比
较两种晶体材料的光学性质差异，探究其原理和机制，为其在实际应用
中的优化和发展提供理论指导。

【关键词】铌酸锂晶体，钽铌酸钾锂晶体，光学性质，非线性光学
【研究问题】
铌酸锂晶体和钽铌酸钾锂晶体作为新型晶体材料，其光学性质具有
一定的差异。

如何比较两种晶体材料的光学性质，分析其异同点，并探
索其原理和机制，是本研究需要解决的问题。

【研究方法】
本研究将采用实验和理论相结合的方法，通过测量两种晶体材料的
透光谱、折射率、吸收系数、非线性系数等光学参数，比较其差异和异
同点。

并结合理论分析，探讨其原理和机制。

【预期成果】
通过对铌酸锂晶体和钽铌酸钾锂晶体光学性质的比较研究，预期能
够得到以下成果：
1. 确定两种晶体材料的光学特性差异并分析原因；
2. 探究其闪烁机制和非线性光学机制；
3. 为两种晶体材料的应用提供理论指导。

【研究意义】
本研究对于深入了解铌酸锂晶体和钽铌酸钾锂晶体的光学性质，发掘其在实际应用中的潜力及优化提升具有一定的学术研究价值。

同时，本研究所得到的实验数据和理论分析结果，也可以为相关领域的研究提供参考和借鉴。