铌酸锂晶体光谱特性的研究
铌酸锂单晶的太赫兹光谱及光学常数之间的关系
究 工 作 的 基 础 。Ｔ ｚ时 域 光 谱 技 术 是 通 过 测 量 Ｈ Ｔ ｚ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 。Ｔ ｚ 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
ＬＮ Ｏ ｉｂ 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 ： ０ ９—１ ２ ２０ １— 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 Ｔ ｚ时 域 光谱 系统 最 常 用 的方 法 之 Ｔ ｚ脉 Ｈ
光 学常数 的影 响 ， 据 Ｄ ｂｙ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。
铌酸锂晶体的电光效应研究
铌酸锂晶体的电光效应研究
随着锂电源技术的发展，铌酸锂（LiNiO2）晶体受到了越来越多的关注。
本文
研究了铌酸锂晶体的电光效应。
电光效应即受到电场环境（如外加电压）下激发光谱移动的变化之后，材料表面光谱发生变化的过程。
本文实验表明，当外加的电压发生变化时，铌酸锂晶体的激发光谱也会发生变化。
研究发现，外加电压会对晶体光谱强度产生影响，激发光谱会出现陷入状态。
实验表明，当电压变化较大时，激发峰位会发生移动，证实了晶体的电光效应性质。
同时，该实验还正确地预测了晶体在外加电压情况下对具有不同量子数各向异性激发 raman 光谱发生变化的程度，以及不同外加电压情况下折射率及表面电耦合常数的变化情况。
总之，本文的结果表明，采用电光效应的方法可以很好地揭示铌酸锂晶体的光学性质。
因此，电光效应可以作为未来研究材料性质和开发新型传感器的有效手段。
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。
《铌酸锂纳米晶体颗粒二次谐波发射特性研究》范文
《铌酸锂纳米晶体颗粒二次谐波发射特性研究》篇一一、引言随着纳米科技的飞速发展，纳米材料因其独特的物理和化学性质在光电子学、量子电子学和光子学等领域展现出了广泛的应用前景。
其中，铌酸锂（LiNbO3）纳米晶体颗粒因其在非线性光学、光电信息处理以及量子计算等方面的独特优势，备受研究者的关注。
本文主要探讨了铌酸锂纳米晶体颗粒的二次谐波发射特性，为其在实际应用中的开发提供理论基础。
二、铌酸锂纳米晶体颗粒的基本性质铌酸锂是一种具有高非线性光学系数的晶体材料，具有优秀的光学和电学性能。
其纳米晶体颗粒更是具备了量子效应的特性，对于光的传播、反射等表现出与宏观材料不同的特性。
此外，铌酸锂纳米晶体颗粒的尺寸效应和表面效应等特性，使其在光子学和光电子学领域具有广阔的应用前景。
三、二次谐波发射的基本原理二次谐波发射是一种非线性光学现象，当一束激光经过某种非线性介质时，能够产生出与其基频不同（频率为其两倍）的新的激光光束。
这种新产生的激光光束即为二次谐波。
这种效应的产生源于介质中电子的非线性响应，以及介质的极化强度与电场强度的非线性关系。
四、铌酸锂纳米晶体颗粒的二次谐波发射特性研究铌酸锂纳米晶体颗粒的二次谐波发射特性是研究其非线性光学性能的重要手段。
本部分通过理论计算和实验分析的方法，探讨了铌酸锂纳米晶体颗粒在光照射下的二次谐波发射现象及其影响因素。
首先，我们利用第一性原理计算了铌酸锂纳米晶体颗粒的电子结构和光学性质，发现其具有高非线性光学系数，因此有望用于制作高效的二次谐波发生器。
其次，我们通过实验观察了不同尺寸和不同形态的铌酸锂纳米晶体颗粒的二次谐波发射现象，发现其二次谐波的强度与颗粒的尺寸、形状以及表面状态等因素密切相关。
此外，我们还研究了不同激发光波长和功率对二次谐波发射的影响，发现存在最佳的激发条件使得二次谐波的发射效率达到最大。
五、结论本研究通过理论计算和实验分析的方法，深入研究了铌酸锂纳米晶体颗粒的二次谐波发射特性。
《锂铌比变化铪锰铁三掺铌酸锂晶体生长及光折变性能研究》范文
《锂铌比变化铪锰铁三掺铌酸锂晶体生长及光折变性能研究》篇一锂铌比变化对铪锰铁三掺铌酸锂晶体生长及光折变性能研究一、引言随着科技的飞速发展，晶体材料在光电子器件、光通信、光存储等领域的应用日益广泛。
铌酸锂（LiNbO3）晶体作为一种重要的非线性光学晶体，具有优异的电光效应和光折变性能，因此受到了广泛关注。
近年来，通过掺杂不同元素来调控铌酸锂晶体的性能已成为研究热点。
本研究主要关注锂铌比变化对铪（Hf）、锰（Mn）、铁（Fe）三掺铌酸锂晶体的生长过程及其光折变性能的影响。
二、实验材料与方法1. 材料准备实验所用药品主要包括铌酸锂原料、铪、锰、铁等掺杂元素。
选择合适纯度的原料，按照所需比例混合。
2. 晶体生长采用提拉法生长铪锰铁三掺铌酸锂晶体。
通过调整锂铌比，观察晶体生长过程中的变化。
3. 性能测试利用光谱仪、光折变仪等设备，测试晶体的光学性能和光折变性能。
三、锂铌比变化对晶体生长的影响1. 晶体形态随着锂铌比的变化，晶体的形态发生明显变化。
锂含量较高时，晶体呈现较好的透明度，而铌含量较高时，晶体表面出现更多缺陷。
2. 生长速度锂铌比的变化对晶体的生长速度有显著影响。
适当调整锂铌比，可以提高晶体的生长速度，同时降低生长过程中的应力，有利于获得高质量的晶体。
四、锂铌比变化对光折变性能的影响1. 吸收光谱不同锂铌比下的晶体在吸收光谱上表现出明显差异。
适当调整锂铌比可以优化晶体的光谱性能，提高其在特定波长范围内的光吸收能力。
2. 光折变效应铪锰铁三掺铌酸锂晶体具有优异的光折变性能。
随着锂铌比的变化，晶体的光折变效应发生明显变化。
适当调整锂铌比可以优化晶体的光折变性能，提高其在光电子器件、光通信、光存储等领域的应用潜力。
五、结果与讨论1. 结果总结通过实验发现，锂铌比的变化对铪锰铁三掺铌酸锂晶体的生长过程及光折变性能具有显著影响。
适当调整锂铌比可以优化晶体的形态、生长速度、光谱性能及光折变性能。
2. 讨论与展望本研究为进一步优化铪锰铁三掺铌酸锂晶体的性能提供了理论依据。
光学级铌酸锂晶片
光学级铌酸锂晶片
光学级铌酸锂晶片（Optical-grade Lithium Niobate Crystal）是一种用于光学应用的重要晶体材料。
铌酸锂晶片具有优良的光电特性，被广泛应用于光学调制器、光学振荡器、光学波导、光电探测器等领域。
铌酸锂晶片具有以下特点：
1.高非线性光学系数：铌酸锂晶片的非线性光学系数较高，
使其在光学调制和频率转换等应用中非常重要。
该材料能
够实现光学信号的调制、波长转换和光学混频等功能。
2.覆盖较宽的光谱范围：铌酸锂晶片可以覆盖从紫外线到近
红外光谱范围内的波长，因此适用于广泛的光学应用。
3.高光学透明度：铌酸锂晶片具有良好的光学透明度，对大
部分可见光和红外光都具有较高的透过率，因此它在光学
器件中被广泛使用。
4.可编程性：铌酸锂晶片具有可编程性，可以通过施加电场
改变其光学特性。
这使得它在光学调制器和相位调制器等
光电器件中具有重要的应用。
5.良好的机械和物理特性：铌酸锂晶片具有良好的机械强度、
稳定性和化学稳定性，易于加工和制备成各种形状和尺寸
的器件。
总之，光学级铌酸锂晶片是一种在光学器件和光学应用领域中被广泛应用的材料。
它的高非线性光学系数和宽光谱范围使其
在光学调制、频率转换和光学波导等应用中具有重要的地位。
铌酸锂晶体的横向电光效应V0
铌酸锂晶体的横向电光效应研究1实验要求1研究内容1.1熟悉沿光轴条件下铌酸锂晶体的横向电光效应。
1.2研究近轴条件下铌酸锂晶体的横向电光效应，对铌酸锂晶体的电光效应进行理论推导，分析降低晶体驱动电压的方法。
1.3研究非近轴条件下铌酸锂晶体的横向电光效应，分析入射角对晶体电光效应的影响，进行数值仿真。
2成果形式2.1采用理论分析与数值仿真结合的方式，研究结果以图表的形式给出。
2.2完成课题研究报告。
2背景介绍铌酸锂( LINBO3) 晶体作为一种优良的横向电光调制材料，具有驱动电压低、插入损耗小、光谱工作范围宽、消光比高和易于大规模生产等优点，在光通信、光信号传输、电光开关等领域得到了广泛的应用。
理想情况下光线沿着铌酸锂晶体的光轴方向传播，并且在理论分析时不考虑自然双折射的影响，但是，实际应用中光线与光轴完全校准是不可能实现的，这就会造成理论与实际之间存在误差。
分析铌酸锂晶体在近轴及非近轴情况下的横向电光效应，对于利用角度调节以改善其电光性能具有指导意义。
同时，近轴及非近轴条件下晶体的电光特性对既需要利用晶体双折射效应进行分束或者合束，又需要利用其电光效应产生附加相移的新型电光器件来说是至关重要的。
3基础知识研究铌酸锂晶体的横向电光效应，涉及到光的偏振、双折射及晶体的电光效应等较为基础的知识，为了更加深入地理解电光效应，更加透彻地分析不沿光轴条件下铌酸锂晶体的横向电光效应，对该问题所涉及一系列基础知识进行复习整理，如下所示。
1光的偏振1.1电磁波是横波，具有偏振现象，这是许多的光学现象的重要基础，包括电光效应。
1.2对人眼、照相底片及光电探测器起作用的是电磁波中的电场强度E，因此常把电矢量E称为光矢量，把E的振动称为光振动。
在讨论光振动的性质时，只需要考虑电矢量E即可。
1.3完全偏振光包括线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光，可用如下模型描述（图中给出了线偏振光的例子，线偏振光的例子里x、y方向的振动无相位差）：{E x =A x cos(wt −kz +δx )E y =A y cos(wt −kz +δy E z =01.4 马吕斯定律：一束线偏振光与偏振片透光轴夹角为θ，这束偏振光透过偏振片后的振幅及光强与夹角θ之间的数学关系为A θ=Acosθ;I θ=(A θ)2=A 2cos 2θ2 双折射2.1 基本概念当光线从空气进入某些晶体时，这些晶体会使一条单色的入射光线分成两条折射光线，这种现象称为双折射。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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]。
1965年，Ballman首次用Czochralski技术生长出高质量大尺寸的LiNbO3单晶。
此后，LiNbO3晶体的优异性能以及它不断地呈现出新的技术应用背景[2]，使LiNbO3晶体在晶体材料中占据了重要的地位，至今仍然是经久不衰的材料研究热点。
1966年Bell实验室的Ashkin等人在LiNbO3和LiTaO3晶体的激光倍频实验中意外发现了光折变效应。
当时把这种由于折射率的不均匀改变导致的光束散射和畸变称为“光损伤”。
后来人们认识到这种“光损伤”在暗处可保留相当长的时间，而在强的均匀光照下或在200℃以上加热情况下又可被擦除而恢复原状。
在无机光折变晶体中，铁电晶体LiNbO3由于具有良好的光电性能，易于生长出大尺寸晶体，因而成为应用最多的光存储材料。
通常商用的LiNbO3是从一致共熔融组分中采用提拉法生长出来的，其锂铌摩尔比为0.946。
这样在LiNbO3中存在许多本征缺陷，如锂空位、反位铌等，造成载流子陷阱多，空间电荷易被捕获，导致光电导小，光存储写入速度慢。
在大规模体全息存储复用过程中，写入后一幅图像时，易擦除已存入的图像，同时写入时间长、易形成光损伤，对大规模存储十分不利。
于是生长本征缺陷少的近化学计量比或化学计量比LiNbO3就成为材料工作者普遍关注的问题。
1.2铌酸锂晶体的结构及缺陷1.2.1铌酸锂晶体的结构铌酸锂晶体属三方晶系[3]，其结构可视为由氧原子的畸变六角密堆积形成三种氧八面体，最小的八面体由Nb离子占据，体积居间的八面体为Li离子占据，而最大的八面体为空(用“V”表示)。
在高温状态的顺电相为3m点群，在低温的铁电相，其结构发生畸变，成为3m点群。
在LiNbO3的晶体结构中，负离子O2-堆积成晶格骨架，O2-形成平面层，沿c 轴方向堆积，正离子Li+和Nb5+填充在骨架中。
顺电相中，Li+离子位于氧三角形平面层内，是三配位的Nb5+离子位于两层氧平面层之间，六个O2-离子在其周围呈八面体配位。
当晶体从高温越过居里点变成铁电相后，晶+5++位于氧平面层上，而是沿+c 轴有一个位移(0.71Ǻ)，进入两层氧平面层之间；Nb 5+离子也有一个位移(0.26 Ǻ)，不再位于氧八面体配位场的中心。
最终结果是L i+和Nb 5+都位于畸变的氧八面体配位场中，沿+c 轴方向阳离子的排布次序依次为…LiNbVLiNbV …。
图1-1是LiNbO 3晶体的结构示意图。
LiNbOb oxygen Fig.3.1blayerLi Nb Ob oxygen layer Fig.3.1aa) 铁电相 b) 顺电相图1-1铌酸锂晶体结构示意图 1.2.2 铌酸锂晶体的本征缺陷在LiNbO 3晶体中，Li +和Nb 5+具有几乎相同的离子半径，且两者都处于畸变的氧八面体中，具有相似的晶格环境，而且由于Nb-O 键比Li-O 键强很多，所以LiNbO 3晶体的实际组分具有偏离其化学计量组分的趋势。
一般条件下用提拉法生长的LiNbO 3晶体都处于缺Li 的状态，即Li/Nb=0.946<1。
如此大量的缺Li ，势必会造成同成分LiNbO 3晶体中存在大量的本征缺陷。
关于LiNbO 3晶体的本征缺陷结构，人们已经做了大量的研究工作。
详细的X 射线衍射分析表明LiNbO 3晶体中存在着大量的反位铌Nb Li 。
根据Li 的缺少和反位铌Nb Li 的局域电荷平衡，研究者们曾提出多种缺陷结构模型，具有代表性的缺陷模型可归纳为以下三种：(1)氧空位模型氧空位模型首先在1968年由Fay 等人[4]提出，其基本观点是：由于锂的缺少在LiNbO 3晶体中形成Li 空位，同时形成相应数量的氧空位来实现电荷补偿，其晶体化学的结构式可表示为1323[][]x x X x Li V Nb O V --。
该模型的直接推论是：[]/[]Li Nb 偏离理想配比将导致晶体密度的增大。
但精确的测量表明，随着[]/[]Li Nb 比的增大晶体的密度反而减少，所以目前人们基本上不采纳该模型[5]。
1972年，Peterson 和LernevMe [6]首先提出铌空位模型，其基本观点是：LiNbO 3晶体中不存在氧空位，由于锂的缺少而形成的锂空位全部由铌填满，形成反位铌+4Li Nb ，电荷平衡由铌位形成相应数量的铌空位+5Nb V 来完成。