非对称扩散工艺制备近化学计量比钽酸锂晶体的研究

利用气相平衡输运法制备的近化学计量比钽酸锂晶体质量好,制备工艺简单,但受固体扩散速率低的影响,该方法较难制备大厚度晶体。本文基于钽酸锂晶体的扩散机制,采用待扩散晶片一侧为富锂气氛,另一侧为同成分气氛的非对称扩散工艺,对钽酸锂晶体进行了扩散处理,并对组分和畴反转电场进行表征。结果表明,非对称扩散工艺为反位钽离子的扩散提供了通道,提高了晶体中反位钽离子和锂离子的扩散速率,有利于制备大厚度近化学计量比钽酸锂晶体。     

近化学计量比钽酸锂晶体的拉曼光谱研究

本文研究了不同组分钽酸锂晶体的拉曼散射光谱,我们发现,在谱线的形状和数量方面,近化学计量比晶体与同成分晶体存在明显差异.通过实验,我们得到了钽酸锂晶体完整的长波长光学模式,并首次给出了钽酸锂晶体拉曼线宽和晶体组分的定量关系.另外,我们还发现了两个与本征缺陷相关的局域模,278cm-1和750cm-1峰,它们的强度与晶体中本征缺陷的数量成正比.     

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.     

近化学计量比钽酸锂晶体-生长技术和成分测试方法

近化学计量比钽酸锂晶体的各种优越的物理性质已经吸引了众多研究者们的兴趣.常规提拉法生长的钽酸锂是一种非化学计量比的晶体,晶体中存在大量的本征缺陷,限制了其在高性能器件的应用.研究者们都在努力寻找一种能生长大尺寸高质量晶体的方法,并利用晶体的各种性质制造相应的功能器件.本文综述主要介绍了同成分钽酸锂晶体的缺陷结构和未掺杂和掺镁近化学计量比钽酸锂晶体的生长技术及成分测试方法.     

大尺寸近化学计量比铌酸锂晶体的制备

研究了扩散法制备近化学计量比铌酸锂晶体的工艺,从原料配比、合成方式、晶片放置方式和扩散工艺等方面进行了工艺优化.对不同厚度和切割方向的铌酸锂晶体进行扩散处理,对三英寸Z-cut铌酸锂晶体进行了批量扩散试验,并对扩散后的晶体进行了组分和均匀性测试.结果表明,厚度为3.1 mm的Z-cut晶体组分达到近化学计量比,光学质量达到实用化要求,而XYZ=5.1 mm×5.1 mm×21.0 mm的晶体光学质量较差,同时厚度达1.8mm的Z-cut三英寸近化学计量比铌酸锂晶片可实现批量制备.     

铌酸锂与钽酸锂晶体压电性能随空间变化的研究

本文利用坐标变换的方法,探讨了LiNbO3与LiTaO3晶体压电系数d33,d31和机电耦合系数k33,k31随空间方向变化的规律,分别得到这2种晶体的d33,d31,k33和k31的最大值及其方向.对于LiNbO3而言,maxd33＝39.6pC/N,maxk33＝0.60,在镜面yoz内分别右偏z轴61.0°和57.0°,数值分别是原来约6.4倍和3.7倍.对于LiTaO3而言,maxd33＝14.6pC/N,maxk33＝0.35,在镜面yoz内分别右偏z轴56.5°和54.0°,数值分别是原来的1.8倍和2.1倍.     

铌酸锂晶体的生长研究

近年来,铌酸锂晶体由于其自身所具有的多种优异性能和巨大的应用前景而受到了人们的广泛关注,但生长出满足不同市场要求的高质量铌酸锂单晶体比较困难.本文从晶体生长技术的角度综述了铌酸锂单晶体不同的生长方法以及各自的特点,并分析了在生长铌酸锂晶体时出现的一些问题.     

富锂熔体中提拉法生长近化学计量比铌酸锂(LiNbO3)晶体

利用提拉法,在富锂(Li2O∶NbO3=58.5/41.5)熔体中生长了质量良好的近化学计量比铌酸锂单晶,其紫外吸收边位置为308nm,居里温度超过了1200℃.测量了其Z向晶片的压电系数d33,并且观察了Z向晶片的180°畴,结果证明除少数区域外,所生长晶体为单畴.     

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。     

高温下锂离子在低掺镁铌酸锂晶体中的扩散

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 cm2/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.     

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.     

近化学计量比铌酸锂晶体中机械孪晶的消除

在用掺钾的助熔剂提拉法生长近化学计量比LiNbO3晶体时,长出的晶体尾部很容易出现孪晶裂纹现象,这种孪晶被认为是机械孪晶.这种孪晶的起因是由于晶体生长的收尾和从熔体中提起晶体阶段,在晶体底部产生直径的缩进,在缩进产生的台阶处出现应力集中,从而造成孪晶的成核.通过采用适当的收尾过程,以避免直径台阶的出现,可以很好地消除这种孪晶及其引起的裂纹.     

LiNbO3晶体的坩埚下降法生长

通过选择合适的原料配比(Li2O 48.6mol;,Nb2O5 51.4mol;),控制固液界面处的温度梯度为20～40℃/cm,晶体生长速度为0.6～1.5mm/h,采用密闭条件下的坩埚下降法工艺成功地生长出了具有良好光学均匀性的完整LiNbO3单晶.用X射线粉末衍射表征获得的LiNbO3晶相,讨论了若干工艺条件对晶体组分与质量的影响.测定了未密闭条件下生长的LiNbO3晶体不同部位样品的紫外可见光谱,发现其吸收边沿生长方向发生红移,并讨论了产生此现象的原因.     

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.     

掺铒近化学计量比铌酸锂晶体的生长与光谱性质

利用提拉法,在富锂熔体中生长了质量良好的掺铒近化学计量比铌酸锂单晶,生长的晶体尺寸为35×25mm,测量了晶体的室温吸收谱,并根据Judd-Ofelt理论,拟合出晶体场唯象强度参数:Ω2＝5.37×10-20cm2,Ω4＝2.98×10-20cm2,Ω6＝1.92×10-20cm2.计算了各能级的跃迁辐射几率AJ,J',振子强度PJ,J',辐射寿命τ,荧光分支比βJ'等,并根据这些光学参量讨论了该晶体的部分性能和应用前景.