大截面KDP晶体生长研究动态

介绍大截面ＫＤＰ晶体的应用背景及惯性来约束核聚变对ＫＤＰ晶体的需要，评述ＫＤＰ晶体快速生长方法。     

KADP晶体生长研究

采用水溶液降温在法在以ＡＤＰ为主的溶液中生长了不同组成的ＫＡＤＰ晶体。测定了相应溶液的准稳定区，较系统地研究了溶液中ＫＤＰ含量对晶体形态的影响，初步探讨了晶体开裂的机理，提出了以ＡＤＰ晶体作籽晶时，ＫＡＤＰ晶体生长溶液中ＫＤＰ的最高浓度，以及进一步提高ＫＤＰ浓度的可能途径。所生长的ＫＡＤＰ晶体的波长３００－９００ｎｍ范围内的透过率均在７０％以上。     

大直径、高掺镁铌酸锂晶体的生长及其紫外光折变性能研究

我们生长了掺镁量分别为3.0mol;、5.0mol;、7.8mol;、9.0mol;的76mm高掺镁铌酸锂晶体,检测了这些晶体的生长条纹情况,并利用双光耦合配置测试了这些晶体在351nm紫外光下的光折变性能.从实验结果看,采用同成分共熔点铌锂配比的高掺镁铌酸锂晶体生长条纹比较多;虽然高掺镁铌酸锂晶体在可见光波段有很好的抗光折变能力,但是在紫外光下具有良好的光折变性能,可以作为优良的紫外光折变材料使用.同时,实验结果表明,掺镁量在5.0mol;的铌酸锂晶体具有最佳的紫外光折变性能.     

近化学计量比掺镁铌酸锂晶体的抗光折变性能

应用气相传输平衡技术,我们获得了3种近化学计量比掺镁铌酸锂晶体,晶体的掺镁量接近我们以前提出的第二阈值.在我们实验室所能达到的最大光强26 MW/cm2照射下,在所有近化学计量比掺镁铌酸锂晶片中没有观察到光斑畸变,该光强比同成分铌酸锂晶体所能承受的光强高6个量级,为目前已报道的铌酸锂晶体之最.应用双光束全息写入法测得掺1.0 mol; Mg近化学计量比铌酸锂晶体的光折变饱和值仅有4.6×10-7,比同成分铌酸锂晶体小两个量级,从已有实验数据推测,该晶体的抗光折变能力应当比同成分铌酸锂晶体高9个量级以上.     

掺锆铌酸锂系列晶体

本文简介了掺锆铌酸锂系列晶体的研究进展,包括单掺锆铌酸锂、锆铁双掺铌酸锂、锆铁锰及锆铜铈三掺铌酸锂。掺锆铌酸锂晶体不但在可见波段具有远优于掺镁铌酸锂的抗光损伤能力,即使在近紫外波段,也拥有其它掺杂晶体所不具备的抗光损伤性能。锆铁双掺铌酸锂晶体兼有高光折变灵敏度和高光折变衍射效率的性质。锆铁锰和锆铜铈三掺铌酸锂晶体不但能够实现非挥发存储,其光折变响应速度及灵敏度都较铁锰和铜铈双掺晶体有大幅提高。这些实验结果表明,掺锆铌酸锂有望成为出色的非线性光学晶体。     

Cr∶LiNbO_3及Cr,Fe∶LiNbO_3晶体热释电系数提高的研究

生长了掺杂量分别为0.2mol%、0.5mol%的掺铬同成分配比铌酸锂晶体和掺铬0.2mol%、铁0.04mol%的双掺同成分配比铌酸锂晶体。利用动态电流法测试了它们的热释电系数。在同样的测试条件下,与未掺杂的同成分铌酸锂晶体相比较,掺铬铌酸锂(Cr∶LiNbO3)晶体和铬、铁双掺铌酸锂(Cr,Fe∶LiNbO3)晶体的热释电系数明显提高。同时对掺杂提高晶体热释电系数的机理进行了探讨。     

高掺镁铌酸锂晶体的生长及其激光器件性能的研究

本文报道高掺镁铌酸锂晶体的生长，测试了晶体的光学性能－双折射梯度和消光比，晶体的光折变阈值，红外透射光谱和光电导，用高掺镁铌酸锂晶体制做了倍频器和Ｑ开关。研究了它们的性能和应用。     

铌酸锂晶体的光折变效应

铌酸锂(LiNbO₃, LN)是一种多功能多用途的人工晶体,被称为“光学硅”。近期以铌酸锂薄膜(LNOI)为平台的集成光子学发展迅速,有将“光学硅”变为现实的趋势。高集成意味着高局域高光强密度,使铌酸锂晶体的光折变效应变得不容忽视。光折变效应是光致折射率变化的简称,是非线性光学的重要组成部分。本文回顾了铌酸锂晶体光折变效应的发现和机理、不同掺杂及掺杂组合对光折变效应的调控,重点介绍了铋镁双掺铌酸锂晶体的光折变性能及相关理论和实验结果,概述了铌酸锂光折变波导和孤子,及基于LNOI的集成光子学器件中的光折变效应,并对未来的研究趋势进行了展望。期待我国发挥铌酸锂光折变研究及LNOI产业化的优势,在光子学芯片的竞争中占据主导地位。     

大尺寸光学级铌酸锂晶体生长及检测方法

本文着重介绍了大尺寸光学级铌酸锂晶体生长方法,实验中采用中频感应加热方式,利用下电子秤自动控制系统,自制热场.成功地解决了以往生长大尺寸铌酸锂晶体时易出现的晶体头部有汽泡,易开裂,生长过程中多晶等难题,生长出了80mm×60mm的优质光学级铌酸锂晶体.并对晶体的消光比、锥光图、居里温度、透过率、抗激光损伤阈值等性能指标进行了测试,得出了相关的结果.     

Ca0.28Ba0.72Nb2O6单晶的光学常数及吸收特性

山大晶体所采用提拉法生长出新晶体铌酸钙钡。本文通过分光光度计和椭偏光谱仪分别测得室温下铌酸钙钡的透射率和折射率随波长的变化关系。透射率光谱显示该晶体在波长大于380nm的可见光谱区是透明的。色散关系表明此材料的双折射较大，在短波区域寻常光及非常光的折射率之差约为0．12。此外，由透射率曲线计算了可见光范围内铌酸钙钡的吸收系数。从而得到吸收系数的平方根与光子能量的函数关系曲线。通过对该曲线的研究，发现铌酸钙钡晶体吸收边以下对应的跃迁为间接跃迁，计算出间接跃迁的禁带宽度Eg以及声子能量Ep。     

四价掺杂铌酸锂晶体抗光折变性能研究

我们在同成份铌酸锂晶体中掺入四价离子铪,生长了掺杂浓度分别为2、4、6mol;的掺铪铌酸锂系列晶体.掺铪浓度达到4mol;时,晶体的抗光损伤能力为5×105W/cm2,比同成份纯铌酸锂晶体提高了4个数量级.应用全息法测得掺4、6mol;铪的铌酸锂晶体最大折射率变化为8.7×10-6,与高掺镁(6.5mol;)铌酸锂晶体的类似.晶体的红外吸收谱和紫外-可见光吸收谱也显示,掺杂浓度为4mol;时具有明显的阈值特征.由此可以确定铪离子在铌酸锂晶体中的阈值浓度约为4mol;.     

铌酸锂晶体电击穿特性的研究

从电介质的击穿机理出发,用数学方法描述了电极注入电荷被介质捕获的全过程,详细分析了电介质的击穿特性并得出了电击穿现象的理论公式,通过同成分铌酸锂晶体和掺锌铌酸锂晶体的极化和击穿实验对理论分析的结果进行了验证,试验现象与理论分析吻合较好.     

名义纯及掺杂铌酸锂晶体内偏置场的实验研究

铌酸锂晶体的内偏置场对铁电应用、电光应用和非线性光学应用等均有直接影响。本工作建立了铌酸锂(LN)晶体内偏置场测试方法,对同成分铌酸锂(CLN)晶体、近化学计量比铌酸锂(nSLN)晶体、掺杂铌酸锂(doped LN)晶体的内偏置场和矫顽场进行测量。结果表明,CLN晶体内偏置场最高(E_int=2.53 kV/mm),nSLN晶体的内偏置场大幅降低,其中富锂熔体法生长和气相输运平衡(vapor transport equilibration, VTE)法结合得到的nSLN晶体的内偏置场最小,与CLN晶体相比降低了约两个数量级;掺杂铌酸锂晶体的内偏置场与CLN晶体相比也普遍降低,其中掺6.5%(摩尔分数)Mg的CLN晶体的内偏置场约为CLN晶体的四分之一,掺7%(摩尔分数)Zn的CLN晶体的内偏置场约为CLN晶体的六分之一。最后对组分和掺杂影响内偏置场的因素进行了简要分析。     

掺杂LiNbO3晶体的生长缺陷与其体全息存储性能的研究

本文叙述了利用侵蚀法研究掺杂LiNbO3的晶体缺陷,并讨论了晶体缺陷的形成机理以及其与体全息存储性能的关系.通过实验发现了常温下侵蚀铌酸锂晶体的规律,并利用侵蚀法观测到铌酸锂晶体样品表面呈三角锥状的位错侵蚀坑.测量了晶体样品的散射噪声,从中找出了晶体缺陷与存储图像质量关系.并发现掺Zn的Fe:LiNbO3晶体其晶体缺陷减少,晶体体全息存储性能有了明显提高.     

掺钼近化学计量比铌酸锂晶体的光折变性能研究

通过生长一系列掺钼近化学计量比铌酸锂晶体,研究了晶体的光折变性能,发现在488 nm和532 nm波长辐照下,当Mo的掺入量为0.5mol;时,晶体的光折变灵敏度分别达到0.25 cm/J和0.21 cm/J.此外,极化条件的改变可以缩短晶体在488 nm波长辐照下的光折变响应时间.通过红外光谱、紫外可见吸收光谱和X射线光电子能谱的测试,对掺钼近化学计量比铌酸锂晶体的光折变性能变化的机制进行了研究.     

三元同成分掺镁铌酸锂晶体的生长与抗光损伤性能研究

以三元同成分为基础配料,生长了掺杂浓度为6.5 mol;、7.5 mol;的掺镁铌酸锂晶体,并与传统的掺镁5.0mol;(Li/Nb=48.38/51.62)铌酸锂晶体作对比.光斑畸变法实验表明所生长的掺镁晶体的抗光损伤能力均达到5×105 W/cm2,与掺镁5.0mol;同成分铌酸锂晶体相近.全息法测得晶体最大折射率变化分别为4.39×10-6、4.61×10-6,而掺镁5.0mol;晶体为5.62×10-6.晶体的红外光谱和紫外-可见吸收谱显示,所生长的掺镁6.5mol;、7.5mol;晶体均已超过掺杂阈值.综上可知,采用三元同成分配比是获得高质量晶体的有效途径.     

铌酸锂晶体最佳掺杂含量的理论计算

本文把一个从对电子薄膜材料研究中得到的最佳掺杂含量定量理论推广到铌酸锂晶体材料.该理论建立了电子薄膜材料的某一物理性能与晶体结构、制备方法和掺杂剂含量之间的联系,给出了一个能够拟合实验曲线的具有确定物理意义的抛物线方程.该方程的极值点确定了最佳掺杂含量与晶体结构和制备方法之间的定量关系,进而得到了一个掺杂最佳含量的表达式.系统地分析了铌酸锂晶体材料的掺杂改性的实验结果,应用掺杂最佳含量表达式定量计算了铌酸锂晶体材料的最佳掺杂含量,定量计算的结果与实验数据是比较接近的.该理论方法也适用于其他薄膜材料最佳掺杂含量的理论计算.     

高掺镁铌酸锂晶体OH-吸收光谱的低温研究

本文测量了纯铌酸锂和高掺镁铌酸锂晶体的低温红外光谱,观察了OH-吸收峰的温度依赖特性.研究发现纯铌酸锂的OH-振动吸收峰基本不随温度而变化,而高掺镁铌酸锂晶体的OH-振动吸收峰的主峰峰位随温度的降低向高波数方向移动.通过分析两种晶体中不同的缺陷模型以及H+在晶格中的占位,我们提出高掺镁铌酸锂晶体中的H+紧邻高电性杂质缺陷(MgNb)3-分布,直接参与缺陷集团,完全不同于纯铌酸锂晶体中H+的分布情形,这造成了高掺镁铌酸锂晶体中OH-振动吸收峰随温度的变化.而集团内部缺陷之间相互作用随温度降低而增强的趋势是OH-振动吸收峰右移的主要原因.     

铁铪双掺铌酸锂晶体的光致散射研究

本文研究了铁铪双掺铌酸锂晶体的光致散射行为,对比了铁铪双掺铌酸锂晶体还原前后的光致散射结果.结果表明:晶体中的锂空位可使晶体暗电导增加并引起光致散射的泵浦光强阈值效应;高泵浦光强下产生的严重光致散射起源于晶体中的较高的三价铁离子浓度.铁铪双掺铌酸锂晶体具有较好的抑制光致散射的能力.     

同成分铌酸锂晶体中反位铌的扩散研究

通常商业使用的同成分铌酸锂晶体(CLN)是固液同成分共熔点配比,其Li2O含量约为48.6mol;,晶体中存在大量的锂空位和反位铌等本征缺陷,进而影响了晶体的电光系数、折射率、光折变等性能.研究表明,将缺锂的晶体在高温、富锂气氛下进行扩散处理可获得接近化学计量配比的铌酸锂晶体(nSLN),这种方法获得的nSLN晶体光学质量高,且技术简便、成本低,具有实际应用价值.本文分析了富锂气氛下CLN晶体扩散过程中反位铌的扩散机制和扩散路径,认为反位铌在扩散过程中将迁移到晶体外部,并通过CLN晶片的单边扩散进行了验证.