紫外激光诱导近化学计量比钽酸锂晶体铁电畴反转

对紫外激光诱导近化学计量比钽酸锂晶体铁电畴反转进行了实验研究。波长为351 nm的连续紫外激光被聚焦在近化学计量比钽酸锂晶体的-z表面,同时沿与晶体自发极化相反的方向施加均匀外电场。实验证实紫外激光辐照可以有效地降低晶体畴反转所需的矫顽电场,采用数字全息干涉测量技术检测证实在激光辐照区域实现局域畴反转。研究表明采用紫外激光诱导可以实现对近化学计量比钽酸锂晶体铁电畴反转的局域控制。提出了物理机理的理论分析,认为外电场和激光辐照场的共同作用在晶体内部产生高浓度、大尺寸的缺陷结构,缺陷一定程度上降低畴体成核和畴壁运动所需要克服的退极化能和畴壁能,实现激光诱导畴反转。     

近化学计量比铌酸锂晶体周期极化畴反转特性研究

采用K2O作助熔剂直接拉晶法和气相输运平衡技术制备出了高质量近化学计量比铌酸锂晶体,研究了铌酸锂晶体中的[Li][Nb]比含量对其畴反转结构和极化电场的影响.实验结果表明:随着晶体中[Li][Nb]比的提高,畴极化反转电场呈明显下降趋势,使用近化学计量比铌酸锂晶体,在4.0±0.5kVmm大小极化电场条件下,成功地实现了1.0mm厚度的周期极化畴反转.并用铌酸锂晶体的Li空位缺陷模型对上述实验结果给出了合理的解释. 关键词： 近化学计量比铌酸锂晶体 周期极化 畴反转     

诱导光偏振态对激光诱导掺杂铌酸锂晶体畴反转的影响

研究了诱导光的偏振态对激光诱导原子数分数为3%掺镁同成分铌酸锂晶体和原子数分数为3%掺铪同成分铌酸锂晶体畴反转的影响.用数字全息干涉测量的方法再现了激光诱导畴反转过程中的相位分布.通过对比线偏振、圆偏振和椭圆偏振不同偏振态诱导光形成的成核场,认为诱导过程中出现的沿z方向的空间电荷场对激光诱导优先畴成核有着非常重要的影响...     

激光诱导掺铪同成分铌酸锂晶体优先畴成核

研究了514nm可见激光诱导掺铪摩尔分数为3%同成分铌酸锂晶体优先畴成核。利用数字全息干涉术实时记录监测激光诱导优先畴成核过程,再现了该过程中晶体内诱导区域相位分布的变化,通过测量证实成核场随诱导光强的增强呈指数减小。在实验基础上提出诱导过程中出现的沿Z方向的空间电荷场对激光诱导优先畴成核有着非常重要的影响,并给出了激光诱导铌酸锂晶体优先畴成核定性的物理模型。不仅能够为激光诱导晶体铁电畴工程的优化提供重要信息,而且能够为激光诱导铌酸锂晶体优先畴成核机制的研究提供重要实验依据。     

周期性极化铌酸锂的微区拉曼及荧光研究

通对周期性极化铌酸锂(periodically poled lithium niobate,PPLN)的微区拉曼和荧光研究,发现小极化子荧光在反转畴与非反转畴呈现不同强度,同时在畴分界壁观察到拉曼禁止谱线.提出一种能够呈现极化光畴图像的非损伤方法,并进一步探讨反向极化过程的机理. 关键词： 周期性极化铌酸锂 微区拉曼 极化子荧光     

掺镁铌酸锂亚微米结构畴反转的研究

研究了掺镁铌酸锂(MgO：LiNbO₃)的极化特性及其畴壁运动的性质,通过调节多个脉冲外加电场来控制畴壁的运动,在背向反转效应作用下,反转畴发生劈裂,制备出均匀的掺镁铌酸锂亚微米周期畴结构,并分析探讨了掺镁铌酸锂亚微米结构的成因及其反转机理. 关键词： 亚微米畴结构 掺镁铌酸锂 背向反转     

利用数字全息干涉术观察RuO2:LiNbO3晶体中畴反转的区域特性

利用马赫-曾德尔干涉光路和4f光学透镜系统,以部分畴反转的掺钌铌酸锂晶体(RuO2:LiNbO3)的透射光作为物光来记录全息图,并在数值再现过程对其进行频域滤波以实现物场波前信息的数值重建,检测出在一定电压作用下晶体内部折射率变化的二维分布.检测结果证实:晶体中发生畴反转的区域与发生电色效应的区域严格相符.数字全息干涉术非接触、无干扰、无破坏的优势在准实时监控、检测和分析铌酸锂晶体畴反转方面有很好的应用前景.     

利用数字全息干涉术观察RuO2:LiNbO3晶体中畴反转的区域特性

利用马赫-曾德尔干涉光路和4f光学透镜系统，以部分畴反转的掺钌铌酸锂晶体(RuO₂:LiNbO₃)的透射光作为物光来记录全息图，并在数值再现过程对其进行频域滤波以实现物场波前信息的数值重建，检测出在一定电压作用下晶体内部折射率变化的二维分布.检测结果证实：晶体中发生畴反转的区域与发生电色效应的区域严格相符.数字全息干涉术非接触、无干扰、无破坏的优势在准实时监控、检测和分析铌酸锂晶体畴反转方面有很好的应用前景. 关键词： 畴反转 数字全息干涉术 电色效应     

新型双环腔结构可调谐全光波长转换器的实验研究

利用周期性畴反转铌酸锂光波导级联和频与差频的二阶非线性效应，提出并实验验证了一种新颖的基于无源光波导双环腔结构的可调谐全光波长转换方案，实现了皮秒脉冲从信号光波长到空闲光波长的转换.采取的脉冲信号光脉宽为1.57ps，重复频率为40GHz，抽运光和控制光由双环腔激光器提供，无需任何外界注入连续光. 关键词： 全光波长转换器 双环腔 周期性畴反转铌酸锂 级联和频与差频二阶非线性效应     

铌酸锂铁电畴工程及其应用

铌酸锂晶体是目前最重要的人工晶体之一,被誉为“光学硅”.铌酸锂晶体薄膜是最有应用前景的集成光电子学基质材料之一.在过去几十年的研究中,铌酸锂晶体在材料生长、基础研究和器件应用方面取得了巨大进展.利用铌酸锂晶体畴工程制备的周期极化铌酸锂、波导以及导电畴壁在光频率转换、光开关、光调制以及纳米电子器件等领域有重要应用.本文介绍了铌酸锂微米尺寸和纳米尺寸畴结构的制备方法及7个表征方式,并从3个方面介绍了铌酸锂畴工程的应用及其研究进展.     

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.     

Optical properties of Mg~(2+),Yb~(3+),and Ho~(3+) tri-doped LiNbO_3 crystals

A series of LiNbO_3 crystals tri-doped with Mg~(2+),Yb~(3+),and Ho~(3+) are grown by the conventional Czochraski technique.The concentrations of Mg~(2+),Yb~(3+),and Ho~(3+) ions in Mg:Yb:Ho:LiNbO_3 crystals are measured by using an inductively coupled plasma atomic emission spectrometry.The x-ray diffraction is proposed to determine the lattice constant and analyze the internal structure of the crystal.The light-induced scattering of Mg:Yb:Ho:LiNbO_3 crystal is quantitatively described via the threshold effect of incident exposure energy flux.The exposure energy(E_r) is calculated to discuss the optical damage resistance ability.The exposure energy of Mg(7 mol):Yb:Ho:LiNbO3 crystal is 709.17 J/cm~2,approximately 425 times higher than that of the Mg(l mol):Yb:Ho:LiNbO_3 crystal in magnitude.The blue,red,and very intense green bands of Mg:Yb:Ho:LiNbO_3 crystal are observed under the 980-nm laser excitation to evaluate the up-conversion emission properties.The dependence of the emission intensity on pumping power indicates that the up-conversion emission is a two-photon process.The up-conversion emission mechanism is discussed in detail.This study indicates that Mg:Yb:Ho:LiNbO_3 crystal can be applied to the fabrication of new multifunctional photoluminescence devices.     

激光偏振编码制导中铌酸锂晶体编码技术研究

针对激光驾束制导系统光束能量调制方式的原理缺陷,讨论了用铌酸锂晶体的电光效应实现空间偏振编码的原理。对铌酸锂晶体的电光效应进行了理论分析,在此基础上设计了基于普科尔效应的空间偏振编码调制器。确定了X轴方向加电场的最佳运用方式,使得经过编码器后的线偏振光具有理想的偏振态梯度分布。对接收数据处理方式进行了讨论,得到了差和比方式对旋转不敏感的结论。在实验室中用可见光进行了近场实验,获得了从最上方近似右旋圆偏振光到中间的线偏振光再到最下方的左旋圆偏振光的偏振态分布。实验曲线表明获得了与理论计算基本一致的结果。     

晶体面形畸变对三倍频转换效率的影响

在惯性约束聚变(ICF)领域,为了满足物理实验需求,需要采用短波长的紫外激光打靶。目前,国内外高功率固体激光装置普遍采用谐波转换的方式来获得三倍频紫外激光。高效的频率转换必须满足相位匹配条件,而晶体的反射面形畸变过大对准直精度和倍频效率均匀性都会产生不利影响。通过实验验证了晶体准直光斑的质量退化主要来源于晶体因夹持和重力导致的反射面形畸变,证明了改进晶体的夹持方式可以有效改善晶体面形,提高准直精度和准直光斑质量,并显著提升三倍频转换效率。     

Domain pattern in ferroelectric triglycine sulphate using pyroelectric effect

A method to study domain structure in ferroelectrics, using pyroelectric effect is described. Variation of pyroelectric signal from the surface of a triglycine sulphate crystal plate has been studied by scanning the surface of the crystal with a low wattage He-Ne laser beam. The integrated pyroelectric signal is due to two components, namely, (1) the primary component arising out of the change in spontaneous polarization with temperature and (2) the delayed component arising out of the possible polarization reversal. The component of an electric field along the ferroelectric axis due to thermal hemisphere within the crystal plate formed by the laser beam has been calculated and shown to exceed coercive field, making polarization reversal possible. The delayed pyroelectric signal is a measure of polarization reversal within the patch illuminated and its observed variation over the surface yields information of the domain structure.     

Tailor-made domain structures on the x- and y-face of lithium niobate crystals

Ferroelectric domains are engineered in lithium niobate crystals by scanning strongly absorbed UV laser light across the crystal surface. Focused UV laser light can not only write, but also erase previously written domains on the non-polar faces of lithium niobate, which allows tailoring of domain patterns. Such domain pattern was generated and afterward investigated by piezoresponse force microscopy and hydrofluoric acid etching. It was found that domains with dimensions down to 2 μm can be engineered, which was ～30 % of the focus beam diameter (7 μm) used for writing the domains. Additionally, it was found that an unique domain depth profile can be formed, which is inclined to the crystallographic axes and can be described as ‘half-crescent-shaped’.     

ZnO对EU:LiNbO3晶体的性能及光谱性质影响

应用坩埚下降法技术，以同成份化学摩尔分数[x（Li2O）=48．6％,x（Nb2O3）=51．4％]为原料，生长出了以不同Zn，Eu双掺杂的LiNbO3晶体。测定了晶体下部与上部的X射线衍射图（XRD）、激发光谱、荧光光谱以及声子边带谱。Zn的掺杂量对Eu^3＋离子在晶体中的分布产生很大的影响。Zn掺杂摩尔分数为3％时．Eu^3＋离子在进入品格时受到有效的压制。随着Zn掺杂摩尔分数提高，达到6％时，压制作用减弱。从Zn^2＋离子在LiNbO3中随浓度变化的分凝情况以及对Eu^3＋离子的排斥作用解释了Eu^3＋离子分布的原因。同时测定了Zn掺杂样品的声子边带谱。     

ICP与吸收光谱测定LiNbO3, Zn:LiNbO3晶体中Cr3+离子的分布及有效分凝系数

应用坩埚下降法生长了掺杂Cr与双掺杂Cr，Zn的LiNbO3晶体。测定了掺杂晶体不同部位的吸收系数。用电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP)法测定了Cr离子在LN晶体中的浓度，并计算了Cr离子在LiNbO3晶体中的有效分凝系数。研究结果表明：在单掺杂Cr的LiNbO3晶体中，随着Cr^3 掺杂浓度从0．1增加到0．5mol％时，其有效分凝系数从3．75减少到2．49，Cr^3 离子在晶体中的浓度分布差异逐步减少；ZnO的掺入能有效地减少Cr^3 的分凝系数，然而ZnO掺杂浓度从3增加到6mol％时，其有效分凝系数且从1．85增加到2．25。可从ZnO组分对Cr离子的排斥作用及Zn离子在LN晶体中随掺杂数量变化的分凝现象解释了产生Cr离子浓度及有效分凝系数变化的原因。     

LiNbO3:Cr:ZnO晶体生长和光谱特性的研究

采用提拉法从近化学计量比的熔体中生长出尺寸为φ20 mm×50 mm的优质LiNbO3:Cr:ZnO(CZLN)晶体,其光学均匀度为7.59(10-5).进行了吸收和荧光光谱的测定研究.吸收谱测试表明:Cr3 离子在晶体中有2个宽且强的吸收带及1个微弱的吸收线,两宽带中心波长分别为480和660 nm,对应于4A2→4T1和4A2→4T2两个具有相同的总自旋能级之间的跃迁,在4A2→4T2吸收宽带的长波边缘处有个很小的吸收峰,其波长为727nm,对应于4A2→2E(R线)的跃迁.荧光测试表明:当激发波长为660 nm时,CZLN晶体荧光宽带和1个较弱的荧光线峰并存,宽带范围为802～988 nm,峰值波长为871 nm,对应于4T2→2E,4A2的联合能级跃迁,荧光线峰波长约为754 nm,其强度较弱,相应于2E→4A2(零声子线)能级跃迁.计算了晶场强度和Racah参数,其Dq/B=2.72,晶体属于强场介质.研究表明,CZLN晶体具备可调谐激光晶体的基本光谱要求,且有良好的物化性能,可以实现宽频带可调谐激光输出.它又具有较大的倍频系数,有望实现420 nm附近紫外的自倍频激光输出.     

Erasable Ferroelectric Domain Wall Diodes

The unipolar diode-like domain wall currents in LiNbO3 single-crystal nanodevices are not only attractive in terms of their applications in nonvolatile ferroelectric domain wall memory,but also useful in half-wave and full-wave rectifier systems,as well as detector,power protection,and steady voltage circuits.Unlike traditional diodes,where the rectification functionality arises from the contact between n-type and p-type conductors,which are unchanged after off-line production,ferroelectric domain wall diodes can be reversibly created,erased,positioned,and shaped,using electric fields.We demonstrate such functionality using ferroelectric mesa-like cells,formed at the surface of an insulating X-cut LiNbO₃ single crystal.Under the application of an in-plane electric field above a coercive field along the polar Z axis,the domain within the cell is reversed to be antiparallel to the unswitched bottom domain via the formation of a conducting domain wall.The wall current was rectified using two interfacial volatile domains in contact with two side Pt electrodes.Unlike the nonvolatile inner domain wall,the interfacial domain walls disappear to turn off the wall current path after the removal of the applied electric field,or under a negative applied voltage,due to the built-in interfacial imprint fields.These novel devices have the potential to facilitate the random definition of diode-like elements in modern large-scale integrated circuits.