晶体电光和非线性光学效应的离子基团理论(Ⅲ) 利用畸变氧八面体的离子基团模型计算LiNbO_3,LiTaO_3,KNbO_3,BNN晶体的电光和倍频系数

本文用文献[1]中所提出的(MO_6)离子基团模型,计算LiNbO_3,LiTaO_3,KNbO_3,BNN等晶体的电光和倍频系数。假设在O_h对称时,这些晶体中的氧八面体具有相同的能级和对称波函数,则通过群表示理论就可得到在C_(3ν),(C_2υ)对称性时氧八面体的能级和对称波函数,并进而用ABDP理论计算它们的电光和倍频系数。计算结果和实验符合得相当好。本文并从理论上解释了这些晶体的倍频系数大小、符号和氧八面体畸变间的关系,由此可以得到以下两个结论:(1)畸变氧八面体的离子基团模型不但适用于钙钛矿型材料,同时也适用于钨青铜型、LiNbO_3型材料。(2)在钨青铜型、LiNbO_3型的材料中,仍是“离子键”对电光和倍频效应作出主要贡献,同时由于LiTaO_3的共价键成份比LiNbO_3大,因而LiTaO_3的非线性光学效应比LiNbO_3小。     

晶体电光和非线性光学效应的离子基团理论(Ⅳ)——钙钛矿、钨青铜型、LiNbO3型晶体线性极化率计算

本文再次采用氧八面体基团模型及定域化轨道波函数的方法系统地计算了九种钙钛矿、钨青铜型和LiNbO₃型晶体的折射率。在未引入任何可调整参量的情况下,计算值与实验值之差仅10%左右。由此可见,氧八面体基团模型及定域化轨道波函数的计算方法不但能在定量上阐明这两种类型材料的电光和非线性光学效应的机理,同时也能阐明光频线性极化率的各种性质。本文的计算还表明,虽然奇次项晶格场是晶体产生电光和非线性光学效应的决定因素,但对线性极化率的影响恰非常小。最后,就定域化轨道方法的可靠性作了某些讨论。     

晶体电光和非线性光学效应的离子基团理论(Ⅰ)——利用氧八面体畸变模型计算BaTiO3晶体电光及倍频系数

本文对钙钛矿型晶体的电光及倍频效应的机理提出了一个(MO₆)离子基团模型。并从(TiO₆)离子基团的准分子轨道及晶格场位能作用下的(TiO₆)离子基团的离子键轨道出发,利用ABDP理论,分别计算了BaTiO₃的各个电光及倍频系数。计算结果表明,在没有引入任何可调整参量的情况下,用(TiO₆)离子基团的晶格场理论所得到的电光及倍频系数的计算值和实验值符合得相当好,而准分子轨道对这些效应的贡献很小。由     

晶体电光和非线性光学效应的离子基团理论(Ⅱ)——利用(IO3)-1离子基团的分子轨道计算α-LiIO3晶体的倍频系数

本文对碘酸盐晶体的倍频效应提出了一个(IO₃)^-1离子基团模型,并用(IO₃)^-1离子基团的分子轨道计算了α-LiIO₃的倍频系数,计算值和实验值符合得很好。由此得出以下结论:碘酸盐晶体的倍频效应主要由(IO₃)^-1离子基团和它的共价键轨道所决定。而在(IO₃)^-1离子基团中,对倍频效应作出主要贡献的是碘的孤对电子轨道和氧的|2σ>,|2P_y>轨道。     

晶体电光和非线性光学效应的离子基团理论(Ⅰ)——利用氧八面体畸变模型计算BaTiO_3晶体电光及倍频系数

本文对钙钛矿型晶体的电光及倍频效应的机理提出了一个(MO_6)离子基团模型。并从(TiO_6)离子基团的准分子轨道及晶格场位能作用下的(TiO_6)离子基团的离子键轨道出发,利用ABDP理论,分别计算了BaTiO_3的各个电光及倍频系数。计算结果表明,在没有引入任何可调整参量的情况下,用(TiO_6)离子基团的晶格场理论所得到的电光及倍频系数的计算值和实验值符合得相当好,而准分子轨道对这些效应的贡献很小。由此得出三个结论:(1)BaTiO_3的电光及倍频效应主要由(TiO_6)氧八面体的畸变所产生,畸变越大,这些效应也越大;(2)当BaTiO_3处于铁电相时,由于晶体内自发极化的结果,产生一个强的奇次项晶格场,这是BaTiO_3具有大的电光及倍频效应的主要因素。而(TiO_6)离子基团的共价键成份,由于彼此间互相抵消,对这些效应贡献很小;(3)BaTiO_3的电光及倍频系数和它的自发极化P_s之间有一简单的线性关系。     

晶体电光和非线性光学效应的离子基团理论(Ⅳ) 钙钛矿、钨青铜型、LiNbO_3型晶体线性极化率计算

本文再次采用氧八面体基团模型及定域化轨道波函数的方法系统地计算了九种钙钛矿、钨青铜型和LiNbO_3型晶体的折射率。在未引入任何可调整参量的情况下,计算值与实验值之差仅10%左右。由此可见,氧八面体基团模型及定域化轨道波函数的计算方法不但能在定量上阐明这两种类型材料的电光和非线性光学效应的机理,同时也能阐明光频线性极化率的各种性质。本文的计算还表明,虽然奇次项晶格场是晶体产生电光和非线性光学效应的决定因素,但对线性极化率的影响恰非常小。最后,就定域化轨道方法的可靠性作了某些讨论。     

Ce:Co:LiNbO3晶体光折变性能研究

在LiNbO₃中掺进CeO₂和Co₃O₄,以Czchralski技术首次生长Ce:Co:LiNO₃, Ce:LiNbO₃, Co:LiNbO₃晶体.通过测试Ce:LiNbO₃, Co:LiNbO₃和Ce:Co:LiNbO₃晶体的指数增益系数, 位相共轭反射率和响应时间,计算晶体的有效载流子浓度和光电导.Ce离子能提高LiNbO₃晶体光折变灵敏度,Co离子能提高LiNbO₃晶体的响应速度和抗光致散射能力,从而Ce:Co:LiNbO₃晶体具有较高的指数增益系数,位相共轭反射率,响应速度.Ce:Co:LiNbO₃晶体具有优良的光折变性能.     

掺锌LiNbO3晶体的生长及其光学性能

在LiNbO₃中掺进3mol%、5mol%、7mol%ZnO生长Zn:LiNbO₃晶体.测试Zn:LiNbO₃晶体的吸收光谱,研究Zn:LiNbO₃晶体吸收边紫移的机制.测试Zn:LiNbO₃晶体的红外光谱,研究Zn(7mol%):LiNbO₃晶体OH 吸收峰由3484cm^-1移到3530cm^-1的机制.测试Zn:LiNbO₃晶体倍频转换效率和相位匹配温度,研究Zn:LiNbO₃晶体倍频转换效率增强的机制.     

LiNbO3和LiTaO3晶体Er3+/Yb3+掺杂水热外延层室温吸收光谱分析

本文引入与浓度和厚度有关的k_NL待定参数, 在J-O理论基础上, 对Er³⁺/Yb³⁺掺杂的LiNbO₃和LiTaO₃单晶衬底上 的多晶水热外延样品进行了基于吸收光谱的拟合计算. LiNbO₃:Ω₂=2.34× 10^-20 cm², Ω₄=0.77× 10^-20 cm², Ω₆=0.31×10^-20 cm², k_NL=4.32× 10^-2 mol·m^-2. LiTaO₃:Ω₂=1.68×10^-20 cm², Ω₄=0.84×10^-20 cm², Ω₆=0.45×10^-20 cm², k_NL=9.17×10^-3 mol· m^-2. 该方法可尝试推广到粉体或胶体等难以直接获得浓度和厚度数据的体系. 经上转换发光测试及光谱参数计分析认为Er³⁺/Yb³⁺离子的掺杂浓度比为1:1的情况下, 样品呈现绿色上转换发光光谱; 可尝试以降低基质声子能量的方法提高⁴I_13/2能级 对²H_11/2和⁴S_3/2能级的量子剪裁效率.     

In∶Nd∶LiNbO3晶体倍频性能的研究

在 LiNbO₃中掺进In₂O₃和Nd₂O₃, 以Czochralski技术生长了In∶Nd∶LiNO₃晶体. 通过光斑畸变法测得In∶Nd∶LiNbO₃晶体的光损伤阈值为1.98×104 W/cm², 比Nd∶LiNbO₃晶体的1.6×102 W/cm²高两个数量级以上;晶体吸收光谱的测试表明, In∶Nd∶LiNbO₃晶体的吸收边相对Nd∶LiNbO₃晶体发生紫移. 研究了In∶Nd∶LiNbO₃晶体的倍频性能, 结果表明, In∶Nd∶LiNbO₃晶体的相位匹配温度在室温附近, 倍频转换效率比Nd∶LiNbO₃晶体提高二倍.     

电光晶体在MSLM中的应用

本文利用MSLM电光调制理论对几种实用电光晶体的综合电光性能进行了理论分析和比较。讨论了材料固有的铁电相变及自然双折射等特性与器件制作工艺的兼容性问题。结果指出LiNbO₃、LiTaO₃、BSO是目前可以利用的三种各具特点的电光晶体。     

Mg2+对Fe:LiNbO3晶体光折变响应时间的影响

在Fe:LiNbO₃中掺进3mol%和6mol%MgO,生长了Mg:Fe:LiNbO₃晶体.测试了Mg:Fe:LiNbO₃晶体抗光致散射能力、衍射效率、响应时间和光电导.推导响应时间与光电导之间的关系.在Fe:LiNbO₃晶体中掺进6mol%的Mg²⁺,它的抗光致散射能力比Fe:LiNbO₃晶体提高一个数量级,响应速度比Fe:LiNbO₃晶体提高四倍.     

LiNbO3∶Fe3+晶体的光谱精细结构、零场分裂参量及Jahn-Teller效应

应用不可约张量方法和群的理论构造了三角对称晶场中3d⁵组态离子的252阶可完全对角化的微扰哈密顿矩阵，利用该矩阵计算了LiNbO₃∶Fe³⁺晶体的光谱精细结构、零场分裂、晶体结构、Jahn-Teller(J-T)效应，其理论计算值与实验值相符合，并研究了自旋四重态、自旋二重态分别对基态能级的影响，证明了自旋四重态对基态能级的贡献是主要的，自旋二重态对基态能级的贡献虽很小，但却是不可忽略的.在此基础上,进一步研究了自旋-轨道耦合作用、自旋-自旋耦合作用对LiNbO₃∶Fe³⁺晶体的光谱精细结构和零场分裂参量的影响，发现自旋-轨道耦合作用是最主要的，自旋-自旋耦合作用也是不可忽略的. 研究表明，该种物质的四重态光谱结构中含有J-T效应. 其产生原因是自旋-轨道耦合及三角畸变的共同作用的结果，两者缺一不可.     

飞秒激光烧蚀LiNbO3晶体的形貌特征与机理研究

采用了不同能量的单脉冲和多脉冲飞秒激光对LiNbO₃晶体进行烧蚀，并刻蚀了表面衍射型光栅.通过扫描电镜和原子力显微镜观察了烧蚀点的形貌特征，首次发现利用单束飞秒激光脉冲对LiNbO₃晶体烧蚀，可以得到超衍射极限的烧蚀点，当聚焦光斑直径约为2μm、能量为170nJ的单脉冲飞秒激光作用时，烧蚀点的直径约为400nm，100nJ，17个脉冲作用时烧蚀点的直径约为800nm.同时可以观察到在能量较低的多脉冲飞秒激光作用下， LiNbO₃晶体呈现出大约200nm周期性分布的波纹状结构.实验结果表明，选择合适参数的飞秒激光脉冲可以对LiNbO₃晶体进行超衍射极限加工，这对于利用飞秒激光制作LiNbO₃基质的微纳光电子器件有十分重要的意义.     

掺入Ni2+和V3+对α-Al2O3晶体光谱精细结构、晶体局域结构和零场分裂参量的影响

应用晶体场理论和不可约张量算符方法构造了3d2/3d8态离子在C3v对称晶场中包含自旋-轨道相互作用、自旋-自旋相互作用、自旋-其它轨道相互作用和其它轨道-其它轨道相互作用四种微观磁效应的45阶可完全对角化的能量哈密顿矩阵.利用该矩阵,计算了V³⁺∶α-Al₂O₃和Ni²⁺∶α-Al₂O₃晶体的光谱精细结构、晶体局域结构和零场分裂参量,研究了掺入两种互补态离子Ni²⁺和V³⁺对同种晶体的光谱精细结构、晶体局域结构和零场分裂参量的影响,理论计算值和实验值相符.研究发现：掺杂没有改变晶体的光谱精细结构和能级分裂条数,但改变了能级间距|掺杂也没有改变晶体的对称性,但使晶体局域结构发生了一定程度的畸变| Ni²⁺∶α-Al₂O₃晶体局域结构的伸长畸变量大于V³⁺∶α-Al₂O₃晶体,键角的变化量小于V³⁺∶α-Al₂O₃晶体.     

使用发射光谱对H2稀释情况下的感应耦合H2/C4F8等离子体中碳氟基团的研究

在射频输入功率为400W，气压为0.8Pa的条件下，使用光强标定的发射光谱方法研究了感应耦合H₂/C₄F₈等离子体中CF, CF₂, H和F基团的相对密度随流量比R=H₂/(H₂+C₄F₈)的变化情况，而HF基团相对密度的变化由四级质谱仪探测得到。结果表明等离子体活性先随着R的增加而升高，然后随着R的进一步增加而下降。在流量比从0逐渐上升到0.625的过程中，CF和CF₂基团的相对密度不断降低。实验中测得的CF基团的相对密度[CF]与理论计算得到的[CF]有很好的一致性说明了电子与CF2基团的碰撞反应是CF基团产生的主要原因。文中还讨论了HF基团。     

LiNbO3无谐振腔式电光调制混合型光学双稳态实现条件的研究

本文简介以LiNbO₃为非线性介质,利用电光振幅调制特性实现了LiNbO₃晶体混合型光学双稳态,并在不同的条件下测试了不同的光学双稳态滞后回线和调制函数曲线,首次提出“调制函数曲线平移”问题的方法。用此一性质可将偏置电压调制为零省去偏置系统,利于系统集成,为实现无偏压双稳系统指明了方向。     

掺镁铌酸锂晶体抗光损伤机理的研究

通过测试Mg(5mol%):LiNbO₃、Mg(4m0l%):LiNbO₃和LiNbO₃等晶体的光损伤阈值、红外透射光谱、倍频性能等,研究了Mg²⁺在Mg:LiNbO₃晶体中所处的状态以及高掺镁抗光损伤能力增强的机理。     

半导体材料AAl2C4(A=Zn, Cd, Hg; C=S, Se)的电子结构和光学性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法, 对具有缺陷型黄铜矿结构的半导体材料A^ⅡAl₂C₄^Ⅵ(A=Zn, Cd, Hg; C =S, Se)的构型和电子结构进行研究, 并系统考察了各晶体的光学性质. 对于线性光学性质, 五种晶体在红外区和部分可见光区具有良好的透光性能, 其中HgAl₂S₄和HgAl₂Se₄晶体具有适中的双折射率. 在非线性光学性质方面, 该类晶体倍频效应较强, 理论预测得到的二阶静态倍频系数均较大(>20 pm/V). 体系的倍频效应主要来源于价带顶附近以S/Se 价p轨道为主要成分的能带向含有较多Al/Hg 价p成分的空带之间的跃迁. 通过与已商业化的AgGaC₂晶体光学性质的对比, 结果表明HgAl₂S₄和HgAl₂Se₄是一类性能优良的红外非线性光学晶体材料.     

ABO3型晶体中氧的电子自发极化

计算O^-2在晶体场中出现的Jahn-Teller效应,得到具有电矩的2p_π3s3d₀杂化原子轨道。BO₆八面体共价性质决定了ABO₃晶体的各种极化相。理论给出P_s比值、钛位移大小和热力学参数ξ′,ζ′均接近于实验结果。统一解释了钛酸钡的三个相转变。相变条件给出七种晶体中氧的屏蔽常数平均值与Slater的值一致。