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。     

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.     

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;.     

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。     

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.     

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。     

双掺杂铌酸锂晶体的生长及其光折变性质

采用提拉法以固液同成分配比(Li2CO3/Nb2O5＝48.6/51.4)生长了Fe掺杂及(Zn,Fe)、(Mg,Fe)和(Ce,Fe)双掺杂LiNbO3(LN)单晶.Ce:Fe:LiNbO3晶体的质量,指数增益系数和衍射效率皆高于Fe:LiNbO3晶体.所测得(Zn,Fe):LN、(Ce,Fe):LN、(Mg,Fe):LN和Fe:LiNbO3晶体的抗光致散射能力分别为8.2×103,3.2×102,8.3×102和1.2×102W/cm3;在488nm光进行的光折变实验中还原处理后的(Ce,Fe):LiNbO3晶体具有最高的二波耦合增益系数,为40.2cm-1,其全息衍射效率可达82.2%;实验结果表明(Zn,Fe):LiNbO3和(Mg,Fe):LiNbO3具有抗光散射能力强,响应时间短的特点,而(Ce,Fe):LiNbO3的增益系数和衍射效率均为最高,明显优于Fe:LiNbO3晶体.     

Photorefractive Properties of Stoichiometric Lithium Niobate Single Crystals

The specific features of photorefractive light scattering in nominally pure stoichiometric (Li/Nb = 1) sin- gle crystals grown from a melt with 58.6 mol % Li₂O (LiNbO₃st) and in the stoichiometric single crystals grown from a melt of congruent composition in the presence of K₂O flux (LiNbO₃stK₂O) have been investi- gated. At an excitation power of 30 mW, LiNbO₃stK₂O single crystals are found to exhibit a stronger photo- refractive effect than LiNbO₃st single crystals.     

锂组分对纯铌酸锂晶体光折变性能的影响研究

本文研究了低光强下锂组分对纯铌酸锂晶体的可见光折变、紫外光致吸收及紫外光折变性能的影响,发现了光折变中心种类和数量随晶体组分的渐变行为.在组分较低的同成分晶体中,大量本征缺陷形成Q极化子,因而在可见光波段表现出较弱的光生伏打效应;在组分较高的近化学计量比铌酸锂晶体中,双极化子是主要光折变中心,从而引起较高的光生伏打电场.而纯铌酸锂晶体的紫外光致吸收以及紫外光折变性能则具有相似的组分依赖关系.它们随组分的增加过程可分为两个不同的阶段:当组分小于49.70 mol;时,随组分增加缓慢升高,而当组分高于49.70 mol;时,随组分突然猛增并迅速升高.上述实验结果也可采用本征缺陷由Q极化子主导向双极化子主导的渐变过程进行解释.     

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.     

Photorefractive Properties of Co-Doped Potassium Sodium Strontium Barium Niobate Crystals

The transmissivity and the results of two-beam coupling and self-pumped phase conjugation (SPPC) experiments on Co-doped potassium sodium strontium barium niobate (KNSBN) single crystals are reported. The Co ions doped into KNSBN can form a deep energy level near 2.25 eV. The two-beam coupling gain coefficients of the Co-doped KNSBN are nearly 20 cm^-1 at 2 teta = 37⁰ for the transmission photorefractive index grating and larger than 29.2 cm^-1 for the reflecting photorefractive index grating. A striking single-beam asymmetric transmission was observed. The maximum SPPC reflectivity is larger than 70% at teta = 49.7⁰ for an intensity W = 77 mW, which is the largest value measured in the family of KNSBN crystals.     

铌酸锂电光调Q晶体漏光现象的研究

针对铌酸锂(LN)电光调Q开关性能一致性差、退压式调Q时无法完全关断光路的问题进行了系统研究.在闪光灯泵浦Nd:YAG激光系统中,对多块LN电光调Q开关的退压式电光调Q性能进行了对比测试,并从电光调Q理论出发,分析了光路无法关断的可能原因.在此基础上,利用X射线定向仪、锥光干涉法对各晶体的轴向偏差、光学均匀性进行了表征,首次发现了LN晶体的电光不均匀性,即感应主轴偏离理论上的45°方向、通光截面各处感应双折射不一致.通过对比实验,证实了电光不均匀性是造成光路无法关断、不同开关性能差异较大的主要原因.