掺铁钽酸锂晶体的生长及其光学性能的研究
锰铁铌酸锂晶体生长及光折变各向异性研究
工学硕士学位论文锰铁铌酸锂晶体的生长及光折变各向异性研究黄盛蓉哈尔滨工业大学2007年7月国内图书分类号：O782.5国际图书分类号：584.2工学硕士学位论文锰铁铌酸锂晶体的生长及光折变各向异性研究硕士研究生：黄盛蓉导师：王锐教授申请学位级别：工学硕士学科、专业：化学工程与技术所在单位：应用化学系答辩日期：2007年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classified Index: O782.5U.D.C: 584.2Dissertation for the Master Degree in EngineeringSTUDY OF GROWTH AND PHOTOREFRACTIVE ANISOTROPY OF Fe-Mn CODOPED LITHIUM NIOBATECRYSTALCandidate：Shengrong HuangSupervisor：Prof. Rui WangAcademic Degree Applied for：Master of EngineeringSpeciality：Chemical Engineering and Technique Affiliation：Department of Applied Chemistry Date of Defense：July, 2007Degree-Conferring-Institution：Harbin Institute of Technology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要本论文采用提拉法生长了一系列不同直径同成分的Fe:Mn:LiNbO 3晶体，即[Li]/[Nb]比为0.946, Fe(0.075wt%):Mn(0.012wt%):LiNbO 3晶体并对其进行了氧化还原处理。
研究了Fe:Mn:LiNbO 3晶体的本征缺陷、掺杂离子在晶体中的占位及对晶体全息存储性能的影响，同时研究了不同的切割方向对晶体光折变性能的改变。
铌酸锂晶体光谱特性的研究
锆铁铌酸锂晶体生长及其光谱性能研究摘要本论文中采用提拉法生长了一系列Zr:Fe:LiNbO3晶体，研究了晶体的生长工艺、结构及光谱性能。
在晶体生长部分中，对晶体生长的工艺参数进行了探索与优化，确定了合理的生长工艺，生长出了质量较好的晶体，并对生长出的晶体进行了极化、切割、抛光等处理。
Fe:LiNbO3晶体由于具有较高的衍射效率和灵敏度而成为最重要的全息存储材料之一。
然而，Fe:LiNbO3晶体仍然存在两点不足之处，即响应时间长和抗光散射能力低。
所以，需要寻找一种响应速度和抗光散射能力优于Fe:LiNbO3晶体的全息存储材料。
我们采用提拉法生长了熔体中[Li]/[Nb]比分别为0.85、1.05和1.38的Zr:Fe:LiNbO3晶体。
X射线衍射测试表明，Zr离子进入晶体后，首先取代反位铌(+4Nb)离LiZr缺陷。
对样品的紫外-可见吸收光谱测试结果表子，占据Li位形成+3Li明，随着[Li]/[Nb]比增加，吸收边逐渐紫移。
在室温下对样品的红外光谱进行了测试，从样品的红外光谱测试结果可以看出，随着[Li]/[Nb]比增加，OH-吸收峰的位置没有发生较大的移动，但吸收峰的强度逐渐减小。
研究结果表明，Zr是一种有效提高Fe:LiNbO3晶体抗光散射性能的掺杂离子。
Zr:Fe:LiNbO3晶体是一种较好的体全息存储材料。
关键词铌酸锂晶体；晶体生长；光谱性能Zirconium Iron Lithium Niobate Crystal Growthand Spectral PropertiesAbstractSeries of Zr:Fe:LiNbO 3 crystals were grown by the Czochralski method. The growth and structure and the optical properties of the crystals were studied.In the part of crystal growth, the technological parameters of crystal growth were explored and optimized ，the reasonable technological parameters were decided and the high quality crystals were grown. The crystals as-grown were processed by poling 、cutting and polishing.X-ray diffraction tests show that, Zr ions into the crystal, the first thing toreplace trans Nb(+4Li Nb ) ions occupy Li-bit form +3Li Zr defects. The defectstructure was analyzed by UV-vis spectroscopy, which shows that the absorption edges shift to the violet with the [Li]/[Nb] ratio increase. The infrared transmittance was measured by a Fourier infrared spectrometer at room temperature. With the [Li]/[Nb] ratio increase, the locations of OH - vibration peaks change slightly, but the intensity of OH - vibration peaks decrease.Zr is a more effective doping element for Fe:LiNbO 3 crystal to improve its optical damage resistance properties. It is proved that Zr:Fe:LiNbO 3 crystal is a good holographic storage material.Keywords Zr:Fe:LiNbO 3 crystal; Crystal Growth; Spectral Properties目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 铌酸锂晶体 (1)1.2 铌酸锂晶体的结构及缺陷 (1)1.2.1 铌酸锂晶体的结构 (1)1.2.2 铌酸锂晶体的本征缺陷 (2)1.2.3 铌酸锂晶体的非本征缺陷 (3)1.3 铌酸锂晶体的掺杂改性 (4)1.3.1 光折变敏感离子掺杂 (4)1.3.2 抗光折变离子掺杂 (5)1.3.3 激光离子掺杂 (5)1.3.4 掺杂离子之间的互补效应 (6)1.3.5 双掺杂铌酸锂晶体的光致变色效应 (6)1.4 本章研究的目的及意义 (7)1.5 本课题研究的内容 (7)第2章锆铁铌酸锂晶体的生长 (8)2.1 引言 (8)2.2 锆铁铌酸锂晶体生长的技术进展 (8)2.3 掺杂离子的选择 (9)2.4 锆铁铌酸锂晶体生长设备装置 (10)2.4.1 提拉法生长晶体 (10)2.4.2 晶体生长设备装置 (10)2.5 铌酸锂晶体生长工艺 (11)2.5.1 温度梯度 (11)2.5.2 晶体的提拉速度 (12)2.5.3 晶体的旋转速度 (13)2.6 锆铁铌酸锂晶体的生长的原料配比 (13)2.6.1 晶体的生长过程 (14)2.7 锆铁铌酸锂晶体的极化处理 (16)2.8 锆铁铌酸锂晶体的加工 (17)2.9 本章小结 (17)第3章锆铁铌酸锂晶X射线衍射 (18)3.2 X射线衍射的基本原理 (19)3.3 X射线衍射的试验结果分析 (20)3.4 本章小节 (22)第4章锆铁铌酸锂红外、紫外光谱测试 (23)4.1 红外吸收光谱 (23)4.2 红外吸收光谱测试结果 (24)4.3 紫外吸收光谱 (25)4.4 紫外吸收光谱测试结果 (27)4.5 本章小节 (29)结论 (39)致谢 (40)参考文献 (41)附录A (43)附录B (57)第1章绪论1.1铌酸锂晶体铌酸锂(LiNbO3，简称LN)晶体是一种重要的人工合成多功能压电、铁电和电光晶体[1]。
大直径掺钕铌酸锂晶体生长及其光学性能研究
表 １中我们 的测试 结果 说 明了随着 钕掺人 浓度 的增 加 大直径 Ｎ ：ｉｂ ， ｄ Ｌ Ｏ 晶体中钕 的分凝 系数 明显减 小 ，这与掺镁铌 酸锂 晶体 中 Ｎ Ｍ 的分凝 系数 随 Ｍ 的掺入 浓度的变化相似 也对钕 的高浓度掺入 ｇ ｇ ， 带 了一定的 困难 。
的红外谱 吸收峰 的形状和位置基本是相 同的 Ｈ ０振动吸收峰都是 一 测定 Ｎ ：ｉｂ ｄＬ Ｏ 晶体 的吸收光谱 的 目的在于确定其吸 收峰的波 Ｎ 位于 ３ ８ｃ － ． ４ ３ｍ － 并且随着钕掺人浓度的增加 Ｈ ０振动吸收峰的位 置 处 一 晒 ㈣ 嘶 ㈣ 长和半高宽 ． 为选择泵浦源提供精确 的实验依据 没有发生任何的变化。根据锂空位模型 ．ｉｂ Ｌ Ｏ 晶体中有两种缺陷 ． Ｎ 一 我们在室温下测量了 Ｌ ：ｄ Ｎ Ｎ 晶体 、Ｎ Ｎ 晶体和 Ｌ ： ｄ 晶体的 Ｌ ：乩 ＮＮ， 。 种是锂空位 （ 缺陷， ｖ） 一种是反位铌 （ ｂ 缺陷目 Ｎ ） 。在锂空位处显一 ｅ电 紫外－ 可见吸收谱。 结果如图 ３ 所示 ， 掺钕的三个样品的吸收谱中吸收峰的 性 ． 易吸引 Ｈ使之 聚集在锂空位附近 。在 Ｎ ：ｉ ｂ ， 它容 ＋ ｄ ＬＮ Ｏ 晶体 中， 钕 位置形状完全一致．与同 成分纯铌酸锂晶体相比．ｄＬ ｂ ， Ｎ ：ｉ Ｏ 晶体的吸收 Ｎ 含量 比较低 的情况下 Ｎ ， ｄ＋ 取代锂并 占据锂 位 ． Ｎｄｕ 以 ￣形式存在 ． 它对 谱具有丰富的吸收峰。从吸收光谱可以看到． 三个样品在 ５９ｍ５８ｍ １ｎ ， ｎ ， ２
Ｈ 排斥作用 ． ＋ 唷 Ｈ 不会聚集于此 ．所 以吸收峰反 映的仍是 聚集在锂空 ５ ９ ｍ，９ ｎ ７ ２ ｍ，５ ｎ ８ ２ｍ，７ ｎ ８４ ｍ，９ ｎ ８ ｎ ５ ８ ｍ，４ ｎ ７ １ｍ，１ｎ ８ ２ ｍ，８ ｎ ８ ６ｍ处有强烈 的 位附近的 Ｏ 振动情况 随着钕含量增加 到一定程度 ． ｄ ＠同时 占据 Ｈ一 ＮＳ ＋ 吸收峰，这是 Ｎ ： Ｎ Ｏ 晶体能够具有激光 陛 ｄＬ ｂ ， ｉ 能的一个有利条件。其中 锂位 和铌位【 ７ ５ 】 。图 所示 ． — Ｈ Ｏ振动吸收峰位置和形状基本一致 ． 我们 ５ ８ ｍ处 的吸收最 强 ，是利用率最高 的泵浦 光波长 。８ ２ ｍ ８ ２ ｍ ９ｎ １ｎ ， ｎ ， ７ 认为 Ｌ ： ｄ￣ Ｎ Ｎ ｏ 晶体、 Ｎ Ｎ ｎ晶体和 Ｌ ： ｄ 晶体 中， ｄ 是一直 占据 ． Ｌ ： ｄ５ ＮＮｌ Ｄ Ｎ３ ＋ ８ ４ ｍ．９ｎ ８ ｎ ８６ ｍ这四个峰值可以采用 锂位 的
钽酸锂晶体
钽酸锂晶体简介钽酸锂晶体，化学式为LiTaO3，是一种非线性光学晶体。
它具有高的非线性光学系数、良好的光学透明性和优异的热稳定性，广泛应用于光学器件、激光器、光通信、光学传感器等领域。
本文将详细介绍钽酸锂晶体的特性、制备方法以及应用。
特性光学特性钽酸锂晶体是一种光学各向同性的晶体，在可见光和红外光波段都具有较好的透明性。
它有较高的折射率、透过率和非线性折射率，适用于进行光学调制、频率倍增、光学波导等应用。
热稳定性由于钽酸锂晶体具有较高的热导率和较低的热膨胀系数，使得它在高功率激光器等高温环境下也能保持较好的稳定性。
电子特性钽酸锂晶体具有一定的电气特性，它是一种具有压电效应的晶体材料。
这使得它在压电声波器件、声表面波器件等领域有重要的应用。
制备方法Czochralski法Czochralski法是一种常用的钽酸锂晶体生长方法。
该方法通过在一定温度下将熔融的原料晶体逐渐降温，使其在晶体底部形成一定的过冷液体区，并在引入晶体籽晶后，将晶体缓慢生长。
这种方法对设备和操作要求较高，但生长出的晶体质量较高。
蒸发法蒸发法是另一种常见的钽酸锂晶体制备方法，它通过在真空条件下加热并蒸发钽酸锂溶液，然后在晶体衬底上形成钽酸锂晶体。
这种方法相对简单，但对温度和蒸发速率的控制都比较关键，以保证晶体生长的质量。
应用领域光学器件钽酸锂晶体可以用于制作光学调制器、光波导器件、非线性光学材料等。
它的高非线性折射率和优异的热稳定性使得它在光通信领域有广泛的应用。
激光器由于钽酸锂晶体的透明性范围广泛，热稳定性好，因此可以用于激光器的调Q器、倍频器等关键组成部分。
钽酸锂晶体的高二次谐波产生效率使得激光器的输出功率得到提高，增加了激光器在光学通信、医学、测量等领域的应用价值。
光学传感器钽酸锂晶体可以用于制作光学传感器，通过对入射光的相位和强度变化进行测量，实现对温度、压力、电场等物理参数的检测。
钽酸锂晶体的高非线性光学特性使其成为构建高灵敏度、高分辨率光学传感器的理想材料。
周期极化基质材料钽酸锂铌酸锂类晶体生长与性质研究
周期极化基质材料钽酸锂/铌酸锂类晶体生长与性质研究激光显示具有高亮度、宽色域、高对比度和长寿命等优点,代表着显示技术的发展方向。
以三基色(红绿蓝)全固态激光器为光源的激光显示是当今新型显示领域研究的热点。
目前红色和蓝色激光光源一般采用半导体激光器,而大功率绿光半导体激光器技术尚不成熟,因而采用了基于非线性频率变换技术的固态激光器。
基于准相位匹配的周期极化铌(钽)酸锂类晶体,由于其非常高的非线性效率、体积小、易于实现热管理及容易实现产业化等优点,是用于绿色全固态激光器有重要应用前景的非线性器件。
铌(钽)酸锂晶体,三方晶系,3m点群,晶体结构以铌(钽)氧八面体和锂氧四面体为主体,在居里温度以下铌(钽)、锂阳离子与阴离子中心在主轴方向上有位移,形成自发极化,利用周期计划技术,可以制备出满足准位相匹配的要求的周期极化铌(钽)酸锂晶体。
同成分铌(钽)酸锂晶体内部本征缺陷密度大,影响晶体的物理性能。
生长掺镁铌(钽)酸锂晶体(MgO:LN/LT)和近化学计量比铌(钽)酸锂晶体(SLN/SLT)是两个非常有效的改进晶体性能的途径。
而掺镁近化学计量比铌(钽)酸锂晶体(MgO:SLN/MgO:SLT)理论上综合了两种改进方案,是性能最优越的铌(钽)酸锂类晶体。
另外,通过非线性光学技术,拓展激光波长,获得更加丰富的光谱范围越来越受到国际上的重视。
采用基于准相位匹配技术的周期极化钽酸锂晶体,通过光参量振荡过程可以实现3-5μm波段的中红外连续可调谐激光输出。
由于SLT和MgO:SLT的矫顽场低且抗光伤阈值高,可以实现Z方向较大厚度(3mm)的铁电畴周期反转,使通光孔径最大化,增加中红外激光输出功率,满足更广泛的应用需求。
然而目前SLT和MgO:SLT晶体材料的缺乏严重限制了其在这方面应用研究的发展。
将多种功能复合,在一种晶体上同时实现不同的物理过程,是实现激光器件小型化的重要途径。
将周期极化铌酸锂/钽酸锂的自倍频性质与激光激活粒子的相结合,形成的基于稀土的激光性能与非线性晶体耦合效应的自倍频和自泵浦光参量振荡,是实现激光器小型化的重要方向。
确定掺铁铌酸锂晶体光轴的全光学方法
确定掺铁铌酸锂晶体光轴的全光学方法
褚珊珊;高垣梅;温增润
【期刊名称】《山东师范大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2015(030)002
【摘要】本文根据掺铁铌酸锂晶体中三个光轴的特性,给出了两种用来确定掺铁铌酸锂晶体的x,y,z轴的全光学方法.1)一束聚焦激光束垂直照射到掺铁铌酸锂晶体上,用功率计来观测它的透射率和反射率时间曲线,根据时间曲线的不同,我们可以确定光束是沿着哪个轴传播的;2)通过直接观察它的反射光斑的光强的时间变化行为来确定晶体的光轴.这两种方法,尤其后一种方法,其实验操作不需要任何复杂的仪器,简单易掌握,几乎可以用于每个实验室.
【总页数】3页(P48-50)
【作者】褚珊珊;高垣梅;温增润
【作者单位】山东师范大学物理与电子科学学院,250014,济南;山东师范大学物理与电子科学学院,250014,济南;山东师范大学物理与电子科学学院,250014,济南【正文语种】中文
【中图分类】O437
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《2024年锂铌比变化铪锰铁三掺铌酸锂晶体生长及光折变性能研究》范文
《锂铌比变化铪锰铁三掺铌酸锂晶体生长及光折变性能研究》篇一锂铌比变化对铪锰铁三掺铌酸锂晶体生长及光折变性能研究一、引言铌酸锂（LiNbO3）晶体是一种具有优异光电性能的铁电材料，近年来在非线性光学、光电子学和光折变器件等领域得到了广泛的应用。
通过掺杂不同元素，可以进一步优化其性能。
本文着重研究锂铌比变化对铪（Hf）、锰（Mn）和铁（Fe）三掺铌酸锂晶体生长及光折变性能的影响。
二、晶体生长与掺杂原理1. 晶体生长铌酸锂晶体的生长主要通过熔融法或水溶液法。
本实验采用熔融法，将铌酸锂与杂质元素Hf、Mn和Fe按照一定比例混合，在高温下熔化并缓慢冷却，形成所需晶体。
2. 掺杂原理掺杂元素Hf、Mn和Fe在晶体中形成新的电子态，改变了原有电子能级结构，进而影响晶体的光折变性能。
三、锂铌比变化对晶体生长的影响1. 实验设计与方法实验中改变锂铌比（即Li/Nb的比例），观察其对晶体生长的影响。
采用X射线衍射（XRD）等手段对晶体结构进行分析。
2. 结果与讨论随着锂铌比的变化，晶体的生长速度、晶粒大小以及晶体的光学质量都会发生明显变化。
合适的锂铌比有利于获得高质量的晶体。
同时，我们还发现，适当的锂铌比能够使掺杂元素在晶体中分布更加均匀，从而提高光折变性能。
四、光折变性能研究1. 实验方法与步骤采用光电导测量仪等设备，对不同锂铌比条件下生长的晶体进行光折变性能测试。
包括测量其光电导系数、响应速度等参数。
2. 结果与讨论实验结果表明，随着锂铌比的变化，晶体的光折变性能也会发生明显变化。
合适的锂铌比能够显著提高晶体的光折变性能，提高其光电导系数和响应速度。
此外，我们还发现，掺杂元素Hf、Mn和Fe的浓度对光折变性能也有一定影响。
当各元素浓度达到最佳比例时，晶体的光折变性能达到最优。
五、结论与展望本文研究了锂铌比变化对铪锰铁三掺铌酸锂晶体生长及光折变性能的影响。
实验结果表明，合适的锂铌比能够显著提高晶体的生长质量和光折变性能。
铌酸锂晶体光学特性的研究
我们仍采用同成分LiNbO3 晶体的 实验条件，极化温度选为1160°C，极 化电流为5mA/cm2 ，通电时间30分钟。 5mA/cm 30 具体工艺流程如下： 以80°C/h的升温速率升温到1160°C， 恒温8小时后，通电30分钟，最后以 80°C/h的降温速率带电降到室温即可。
晶体极化处理后，还需要进行定向切、 割、研、磨、抛光处理才能使用。我 们使用x-射线定向仪，进行定向用内 圆切割机进行切割，样品尺寸为 10×8×2mm3(z，x，y)。
本文研究不同锂铌比锆铁铌酸锂晶体中杂质离子的占位 机理和晶体的缺陷结构。 采用提拉法生长出无宏观缺陷、光学质量较好的不 同锂铌比锆铁铌酸锂单晶体，研究总结最佳生长工艺 参数。 通过测定各样品(300)面的X射线衍射半高宽，研究锂 铌比对掺锆铁铌酸锂晶体缺陷密度的影响。 通过不同锂铌比掺锆铁铌酸锂晶体的紫外-可见吸收 光谱，研究不同锂铌比锆铁铌酸锂晶体中杂质离子的 占位机理和晶体的缺陷结构；对各吸收峰和发光峰进 行解释，并研究锂铌比对晶体光发射性能的影响。
专 业：材料物理 姓 名： 张春飞 指导教师： 代 丽 系 主 任： 陈春天
长期以来，人们希望能够很好地将非线性和激光性能复 合，获得复合功能的晶体材料。尽管这一要求看起来不难实 现，但实际上，由于激光晶体和非线性晶体分别有实现其自 身功能的不同要求，往往具有良好激光性能的晶体并不具有 非线性，而优良的非线性光学晶体并不能为激活离子提供可 产生激光运转的格位。所以目前只有少数几种晶体能够同时 满足这两方面的要求，本实验的锆铁铌酸锂就是其中之一。 掺杂且非同成分LiNbO3 晶体的生长工艺不同于同成分 LiNbO3 晶体，为了保证晶体组分均匀，抑制各种宏观缺陷， 提高晶体质量，必须改进晶体生长工艺条件，这也是本课题 的主要研究目的之一。 因此，本课题对锆系掺杂LiNbO3 晶体生长工艺及光谱 性能系统研究，分析掺杂离子在晶体中占位机理，这不仅对 推动LiNbO3 晶体在全息存储应用实际化进程，而且对进一 步完善LiNbO3晶体的掺杂工程有着重要意义。
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万方数据
万方数据
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掺铁钽酸锂晶体的生长及其光学性能的研究
作者：石连升， 高岩， SHI Lian-sheng， GAO Yan
作者单位：哈尔滨理工大学,材料科学与工程学院,黑龙江,哈尔滨,150040
刊名：
哈尔滨理工大学学报
英文刊名：JOURNAL OF HARBIN UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
年，卷(期)：2009,14(z1)
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5.薛东峰铌酸锂、钽酸锂晶体的结构特征[期刊论文]-化学研究 2002(4)
6.KONG Yongfa;XU Jingju;ZHANG Wanlin The Proton Site Occupation in Congruent Lithium Niobate Crystal Determined by Nuclear Magnetic Resonance[外文期刊] 1998(1/3)
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