掺杂对材料光学性能的影响

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1、缺陷对LiNb03光折变性能的影响李莹铌酸锂晶体简介铌酸锂晶体的结构铌酸锂晶体的本征缺陷铌酸锂晶体的非本征缺陷光折变效应简介LiNb03晶体的光折变效应的基本过程掺铁铌酸锂晶体光折变性能的优化铌酸锂晶体简介铌酸锂(LiNb03，LN)晶体是具有氧八面体结构的铁电体。它集压电、电光、声光、光学非线性和光折变等效应于一身，在光调制、光信息放大、光开关和光波导等众多方面有着广泛的应用，特别吸引人的是它在光全息存储领域的应用前景，是迄今人们所发现的光学性能最多、综合指标最好的人工晶体。四十多年来，人们对LiNb03晶体进行了大量的研究，主要集中在以下几个方

2、面口：(1)晶体生长、晶体结构及缺陷、掺杂离子在晶体中占位的研究；(2)掺杂对LiNb03晶体性能的影响：(3)LiNb03作为基片的光波导器件的研究(4)LiNb03晶体的光折变性能及相关器件的研究(5)掺杂稀土元素的LiNb03晶体的发光及相关器件的研究(6)LiNb03晶体中聚边多畴的研(7)不同[Li]／[Nbl比对LiNb03晶体性能影响的研究(8)化学计量比LiNb03晶体的生长及性能研究这些研究使得人们对LiNb03晶体有了较全面的了解，促使这种晶体得以实用化。铌酸锂晶体的结构LiNb03晶体属三方晶系，其结构可视为由氧原子的畸变六角

3、密堆积形成三种氧八面体，最小的八面体由Nb离子占据，体积居间八面体为Li离子群占据，而最大的八面体为空离子占据，而最大的八面体为空(用“口”表示)在高温状念的顺电相为点群，在低温的铁电相，其结构发生畸变，成为3m点群。在LiNb03的晶体结构中，负离子堆积成品格骨架，形成平面层，沿c轴方向堆积，正离子“和”填充在骨架中。顺电相时，每个堆垛中氧八面体按下述顺序交替出现。一个中心有Nb的氧八面体，两个在其公共面上有Li的氧八面体。在顺电相，Li和Nb分别位于氧平面和氧八面体中心，无自发极化。在铁电相，Li和Nb都发生了沿c轴的位移，前者离开了氧八面体的

4、公共面，后者离开了氧八面体的中心，造成了沿c轴的电偶极矩，即出现了自发极化。铌酸锂晶体的本征缺陷在通常情况下铌酸锂晶体都处于缺Li的状念，即Li／Nb<1。造成这一现象的原因是：和具有几乎相同的离子半径(分别为0．68A和0．69A)，且二者均被畸变的氧八面体包围，处于相似的品格环境中，但—键要比比—键强得多，所以LiNb03晶体的组分有偏离其化学计量比的趋势。1.氧空位模型：由于锂的缺少，在铌酸锂品格中形成锂空位，同时形成相应数量的氧空位来实现电荷的补偿。2.铌空位模型：LiNb03晶体中不存在氧空位，由于锂缺少而造成的锂空位全部由铌填满，形成反

5、位铌，电荷的平衡是在铌位形成相应数量的铌空位心来实现的。3.锂空位模型：同成分铌酸锂晶体中不存在氧空位，锂的缺少导致锂空位，为了保证晶体的电中性，一部分铌占据锂位来实现电荷的补偿，这时铌酸锂晶体的结构可写为铌酸锂晶体的非本征缺陷因为LiNb03晶体具有氧八面体结构，该结构的特殊性使得LiNb03晶体几乎可以掺入所有的会属离子，按照人们预期的目标束调节，晶体的性能。对光学方面应用的LiNb03晶体掺杂方面的研究，主要是围绕以下几个方面展开：掺入光折变敏感离子掺入抗光折变杂质离子抗光折变离子掺入稀土族元素掺入光折变敏感离子：和某些变价元素，这些杂质在光

6、激发过程中充当着电荷施主与受主的作用，参与光折变材料的电荷输运过程，从而提高了晶体的光折变性能。掺入光折变敏感杂质的铌酸锂晶体广泛的应用于全息数据存储、全息关联存储、相位共轭、光放大等领域。其中，Fe：LiNb03晶体已经成为国内外光学体全息存储和识别系统中的首选材料。掺入抗光折变杂质离子抗光折变离子包括镁铟、钪等，这种杂质离子掺进LiNb03中都有一个阈值浓度，通常要超过其阈值浓度才起到较明显的作用。当达到或超过闽值浓度的掺杂LiNb03晶体抗光损伤性能比纯LiNb03晶体提高1～2个数量级，同时晶体的响应时间缩短，衍射效率降低。掺进抗光损伤杂质

7、离子的LiNb03晶体用于制做倍频、调制器、Q开关、参量振荡器等器件掺入稀土族元素以LiNb03晶体作为固体激光基质材料，通过掺入激活剂，获得激光晶体。这方面工作集中在选择稀土离子作掺杂剂，并对其吸收、激发、发射、荧光寿命等各种光谱性能进行研究。已有报道的掺杂稀土离子包等。利用抗光损伤能力较强的Mg：LiNb03、zn：LiNbO3或In:LiNb03，代替纯LiNb03作激光基质材料，更为优越。大量实验表明：LiNb03晶体的物理性质强烈地依赖于晶体中的非本征缺陷结构，晶体中的杂质离子极其敏感地影响着晶体的性能。因为LiNb03晶体中“Li位和N

8、b位具有相似的环境，杂质离子进入晶体后，很难区分它们是占据Li位还是Nb位。所以多年来，人们一直努力研究杂质离子在LiNb