Zn2+∶Yb3+∶LiNbO3晶体生长及光谱性能研究

采用提拉法成功生长了Zn2+(2mol;)单掺的同成分铌酸锂(Zn2+∶LiNbO3)晶体及Zn2+(6mol;)和Yb3+(1 mol;)双掺的同成分铌酸锂(Zn2∶Yb3+∶LiNbO3)晶体,晶体尺寸分别约为φ30 mm×40 mm和φ30 mm×50mm.测试了这两个晶体的XRD图谱并与标准图谱进行了比较.测量了Zn2∶LiNbO3和Zn2∶Yb3+∶LiNbO3晶体的红外透射光谱,OH-的振动吸收峰分别位于3484.2 cm-和3493.7 cm-1,表明Zn2+的掺杂浓度还都处在阈值以下.研究了Zn2+∶Yb3+∶LiNbO3晶体的室温吸收、发射光谱和荧光寿命特性,表明其是潜在的近红外激光增益介质,有望发展新型功能激光器件.     

In∶Ce∶Cu∶LiNbO_3晶体的生长及存储性能研究

在Ce∶Cu∶LiNbO3 晶体中掺进In2 O3 ,用CZ法首次生长In∶Ce∶Cu∶LiNbO3 晶体。对晶体的抗光折变能力、红外光谱、指数增益系数、衍射效率和响应时间进行了测试 ,结果表明 :In(3mol% )∶Ce∶Cu∶LiNbO3 晶体的抗光折变能力比Ce∶Cu∶LiNbO3 提高两个数量级 ,其OH-吸收峰由LiNbO3 的 3484cm-1移到 35 0 8cm-1,响应速度比Ce∶Cu∶LiNbO3 晶体快三倍。对In∶Ce∶Cu∶LiNbO3 晶体抗光折变能力提高的机理、红外光谱OH-吸收峰紫移的机理进行了研究     

坩埚下降法生长近化学计量比Cr∶LiNbO_3晶体及光谱研究

以K2O为助熔剂,在较大的温度梯度(60～80℃/cm)条件下进行引种和晶体生长,应用坩埚下降法技术生长了Cr3+掺杂的近化学计量比的LiNbO3晶体。采用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)分析了晶体的主要成分,其中Cr3+、Li2O、Nb2O3的含量分别为0.62mol%、49.23mol%和50.15mol%,并在FT-IR谱中观察到了因组分变化引起的OH-伸缩振动的变化。测定了晶体的吸收与发射光谱,观测到Cr3+在晶体中有两个宽且强的吸收带及两个微弱的吸收线,两宽带中心波长分别为480nm与658nm,对应于Cr3+的4A2→4T1与4A2→4T2两个具有相同的总自旋能级之间的跃迁,并观测到了微弱的684nm和728nm的R线吸收。同时测定了Cr3+∶LiNbO3晶体在670nm激发下的荧光光谱,是由4T2→4A2跃起所产生的850～1150nm的宽带荧光发射发光带,此发光带是由于取代Li+与Nb5+格位的Cr3+的4T2→4A2能级跃起的复合发光所致,并计算了该晶体的晶场强度以及Racah参数等。     

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.     

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.     

近化学计量比LiNbO3晶体的生长及其组分测定

铌酸锂晶体（LiNbO3)是一种典型的非化学计量比晶体,通常所使用的同成分LiNbO3晶体中的锂铌比([Li]/[Nb])约为48．6／51．4。我们利用提拉法,从掺入11mol%K2O的同成分LiNbO3熔体中生长出了高光学质量的近化学计量比LiNbO3单晶。与同成分LiNbO3晶体相比,其吸收边向短波方向移动;E模（153cm^-1)喇曼谱线宽从9．4cm^-1降低到了7．0cm^-1,A1模（876cm^-1)喇曼谱线宽从25．5cm^-1降低到了20．0cm^-1;产生532nm-1064nm2次谐波的相匹配温度从室温增加到了155．5℃;OH^-红外吸收谱线宽明显变窄,波形也有明显的变化。这些结果表明这种LiNbO3晶体中的LiO2含量为49．6mol%, 即[Li]/[Nb]为0．984,接近其化学计量比。     

Zn∶Mn∶Fe∶LiNbO_3晶体的非挥发性存储

以Czochralski技术生长不同Li/Nb比Zn∶Mn∶Fe∶LiNbO3晶体。测试晶体抗光散射能力,Li/Nb=1.38的Zn∶Mn∶Fe∶LiNbO3晶体抗光散射能力比Fe∶LiNbO3高一个数量级以上。以二波耦合光路,双波长(蓝光-红光)存储技术,测试晶体全息存储性能,结果表明双波长存储性能优于双色存储。双波长(蓝光-红光)(476nm)的光激载流子是空穴。Mn离子是浅能级,Fe离子是深能级。采用Li/Nb=0.94和1.05的Zn∶Mn∶Fe∶LiNbO3晶体作为存储介质,以双波长(蓝光-红光)进行非挥发存储实验,它的非挥发衍射效率和响应速度高于双色存储。     

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;.     

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.     

Sc:Fe:LiNbO3晶体的生长和光学性能研究

研究双掺Fe(0.03wt;Fe2O3)和Sc(0,1,2,3mol;)铌酸锂晶体全息存储性能.通过晶体红外光谱测试发现:Sc:Fe:LiNbO3晶体中Sc的掺杂浓度超过3mol;时,Sc:Fe:LiNbO3晶体的O-H吸收峰的位置从低掺杂时的3484cm-1移动到3508cm-1.采用光斑畸变法测得(3mol;)Sc:Fe:LiNbO3晶体抗光损伤能力为3.3×103 W/cm2,比Fe:LiNbO3提高了二个数量级.晶体的红外吸收光谱和抗光损伤能力显示:Sc的掺杂浓度为3mol;时具有明显的阈值特征.采用波长为632nm的He-Ne激光器作为光源,通过二波耦合方法测试晶体全息存储性能.实验表明:在一系列Sc:Fe:LiNbO3晶体中,Sc(2mol;):Fe:LiNbO3晶体能获得最佳的光折变灵敏度和动态范围.     

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.     

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。     

Zn∶In∶LiNbO3晶体抗光损伤性能的研究

在LiNbO3中掺进ZnO和In2O3以Czochralski技术生长Zn∶In∶LiNbO3晶体.采用光斑畸变法测试Zn∶In∶LiNbO3晶体抗光损伤能力.Zn∶In∶LiNbO3晶体抗光损伤能力比LiNbO3晶体提高二个数量级.测试晶体的红外光谱,Zn∶In∶LiNbO3晶体吸收峰的位置相对LiNbO3晶体发生紫移,且随着Zn2+和In3+浓度增加紫移程度增加.晶体的倍频性能(相位匹配温度和倍频转换效率)研究表明:Zn∶In∶LiNbO3晶体相位匹配温度在室温附近.并研究了Zn∶In∶LiNbO3晶体抗光损伤机理和OH-吸收峰紫移的机理.     

高温下锂离子在低掺镁铌酸锂晶体中的扩散（英文）

研究了高温富锂气氛下锂离子在低掺镁铌酸锂晶体中的扩散。采用气相输运平衡法制备了掺杂1mol%MgO的不同锂含量的铌酸锂(Mg1LN)晶体,采用热分析仪测试了晶体的居里温度。制备了一系列不同锂含量的Mg1LN多晶料,拟合了晶体锂含量与居里温度的关系。采用Boltzmann-Matano法求解了扩散方程。结果表明,扩散温度为1100℃时,Mg1LN晶体中锂离子扩散系数为3.2×10~(-9)~13.0×10~(-9)cm~2/s,当扩散温度为1145℃时锂离子扩散系数约是1100℃时扩散系数的三倍。因此,适当提高扩散温度是提高气相输运平衡法制备近化学计量比低掺镁铌酸锂晶体效率的有效办法.     

Eu∶Zn∶LiNbO3晶体全息存储性能的研究

在LiNbO3中掺进Eu2O3和ZnO生长Eu∶Zn∶LiNbO3晶体.采用二波耦合光路测试晶体的指数增益系数和衍射效率.以Eu∶Zn∶LiNbO3晶体作为存储元件,实现了全息关联存储.     

Cr3+∶LiSrAlF6晶体的太赫兹-红外光谱研究

实验测量了室温下掺铬氟铝酸锶锂(Cr3+∶LiSrAlF6,LSAF)晶体0.1～3 THz的时域光谱,以及50～4000 cm-1范围内的红外光谱.结果分析表明:在0.2～1.5 THz波段LSAF晶体的吸收系数小于30 cm-1,折射率在0.5～1.5之间变化.红外波段内从30～1238 cm-1为声子吸收带,透射率几乎为零.最高的纵光学模声子的频率大约是1238cm-1,由此求出这支声子的Al-F键的力常数为5.0288 N·cm-1.     

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.     

优良全息光折变存储材料-双掺铌酸锂晶体

我们生长与后处理了一系列双掺铌酸锂晶体,通过光折变存储性能的测试,在这些晶体中,我们发现了三种双掺晶体:LN:Fe,Mg;LN∶Fe,In;LN∶Fe,Zn,它们具有优良的光折变存储性能,即高衍射效率(高达60～80;)、快光折变响应(比LN∶Fe 晶体缩短了一个数量级)、和强抗光散射能力(比LN∶Fe提高近两个数量级).我们还系统地研究了光强阈值效应与全息写入的关系以及全息写入与入射光强的关系,发现在光强阈值附近耦合强度有一最大值,从而提出了最佳写入光强的概念.另外,全息光栅热固定研究还显示,双掺铌酸锂晶体比单掺Fe的铌酸锂晶体具有更优良的热固定性质:快固定时间、高固定效率、长固定寿命等.     

掺杂LN晶体光折变效应及图象光存储特性

利用514.5nm和632.8nm波长的激光,研究了单掺杂Fe和双掺杂Ce∶Fe离子铌酸锂晶体的光折变二波耦合及光折变全息存储特性.实验结果表明生长态双掺杂Ce∶Fe与单掺杂Fe的LiNbO3晶体的光折变波耦合增益差异不明显,但双掺杂Ce∶Fe的LiNbO3晶体的图象存储和擦除特性明显得到改善.氧化态样品具有较大的透过率光谱范围和较好的图象存储质量;还原态样品具有较大的光折变二波耦合增益特性.     

适用于宽温度范围高稳定的Q开关LiNbO3晶体

分析了俄罗斯的Q开关LiNbO3晶体的成分,这种开关用在Nd∶YAG激光测距仪上,能够在温度-50～50℃范围内稳定工作.通过测量紫外吸收边的位置、红外振动光谱、晶格常数和居里温度的方法,测出晶体中的锂铌比([Li]/[Nb])为49.02/50.98.分析认为晶体中的锂铌比是影响LiNbO3晶体Q开关温度稳定性的主要因素.