LiNbO3及摻鎂LiNbO3晶體THz輻射特性的晶格動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、分類號(hào)UDC密級(jí)學(xué)號(hào)1307020131碩士學(xué)位論文碩士學(xué)位論文LiNbO3及摻鎂及摻鎂LiNbO3晶體晶體THz輻射特性的輻射特性的晶格動(dòng)力學(xué)研究晶格動(dòng)力學(xué)研究方瓊方瓊學(xué)科門類：理學(xué)學(xué)科門類：理學(xué)學(xué)科名稱：物理學(xué)學(xué)科名稱：物理學(xué)指導(dǎo)教師：張顯斌教授指導(dǎo)教師：張顯斌教授申請(qǐng)日期：申請(qǐng)日期：2016年3月摘要I論文題目：論文題目：LiNbO3及摻鎂及摻鎂LiNbO3晶體晶體THz輻射特性的晶格動(dòng)力學(xué)研究學(xué)科專業(yè)：物理學(xué)研究生：方瓊簽名：輻

2、射特性的晶格動(dòng)力學(xué)研究學(xué)科專業(yè)：物理學(xué)研究生：方瓊簽名：指導(dǎo)教師：張顯斌教授簽名：指導(dǎo)教師：張顯斌教授簽名：摘要摘要THz波是指頻率處在0.110THz范圍內(nèi)，介于紅外波與微波之間的電磁波。LiNbO3作為一種非線性晶體和產(chǎn)生THz電磁波的最佳材料之一，具有容易產(chǎn)生光損傷的弱點(diǎn)。為了輻射出高功率、高能量以及穩(wěn)定的THz電磁波，要求降低LiNbO3晶體的光折變效應(yīng)，提高光損傷閾值。研究表明摻鎂能顯著提高LiNbO3晶體的光損傷閾值，允許更

3、高能量和功率的泵浦激光入射晶體，從而得到高功率的THz波輸出。本論文采用基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算方法，分析摻鎂對(duì)LiNbO3晶體THz波輸出的影響。本文主要內(nèi)容如下：⑴建立理想LiNbO3晶體的微觀結(jié)構(gòu)模型并進(jìn)行幾何優(yōu)化，在優(yōu)化的基礎(chǔ)上對(duì)晶體的電學(xué)性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)以及動(dòng)力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行計(jì)算。結(jié)果表明LiNbO3晶體禁帶寬度為3.556eV，LiNbO3晶體價(jià)帶和導(dǎo)帶主要由O原子的2p軌道和Nb原子的4d軌道貢獻(xiàn)，晶體的介電函數(shù)等性質(zhì)都

4、與帶隙間電子躍遷有關(guān)。⑵分析LiNbO3晶體的拉曼光譜和聲子譜，得到了晶體中各原子的振動(dòng)頻率、振動(dòng)模式以及LiNbO3晶體耦合場(chǎng)量子色散曲線，通過分析耦合場(chǎng)量子色散曲線可以知道LiNbO3晶體輻射THz的頻段范圍為0.00THz7.19THz。⑶實(shí)驗(yàn)分析知道摻鎂能夠降低LiNbO3晶體參量振蕩閾值，提高THz波能量輸出。建立摻鎂LiNbO3晶體的結(jié)構(gòu)模型，在幾何優(yōu)化的基礎(chǔ)上計(jì)算摻鎂LiNbO3晶體的電子性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。并與理

5、想LiNbO3晶體性質(zhì)進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算結(jié)果表明摻鎂LiNbO3晶體的光導(dǎo)率增強(qiáng)，介電函數(shù)峰值降低，拉曼增益增大。說明摻鎂LiNbO3晶體光折變效應(yīng)減小，光損傷閾值提高。當(dāng)以摻鎂LiNbO3晶體作為輻射THz電磁波的樣品材料時(shí)，能夠獲得性能更穩(wěn)定、功率更高的THz波輸出。⑷分析摻鎂LiNbO3晶體的聲子色散曲線，得到摻鎂LiNbO3晶體TO聲子頻率為229.77cm1，結(jié)合耦合場(chǎng)量子色散方程得到摻鎂LiNbO3晶體耦合場(chǎng)量子色散曲線，理論上