LiNbO3及摻鎂LiNbO3晶體THz輻射特性的晶格動力學研究.pdf

1、分類號UDC密級學號1307020131碩士學位論文碩士學位論文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力學研究晶格動力學研究方瓊方瓊學科門類：理學學科門類：理學學科名稱：物理學學科名稱：物理學指導教師：張顯斌教授指導教師：張顯斌教授申請日期：申請日期：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輻射特性的晶格動力學研究學科專業(yè)：物理學研究生：方瓊簽名：輻

2、射特性的晶格動力學研究學科專業(yè)：物理學研究生：方瓊簽名：指導教師：張顯斌教授簽名：指導教師：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。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，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算方法，分析摻鎂對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晶體的微觀結構模型并進行幾何優(yōu)化，在優(yōu)化的基礎上對晶體的電學性質、光學性質以及動力學性質進行計算。結果表明LiNbO3晶體禁帶寬度為3.556eV，LiNbO3晶體價帶和導帶主要由O原子的2p軌道和Nb原子的4d軌道貢獻，晶體的介電函數(shù)等性質都

4、與帶隙間電子躍遷有關。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頻率、振動模式以及LiNbO3晶體耦合場量子色散曲線，通過分析耦合場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實驗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晶體的結構模型，在幾何優(yōu)化的基礎上計算摻鎂LiNbO3晶體的電子性質、光學性質和動力學性質。并與理

5、想LiNbO3晶體性質進行對比，計算結果表明摻鎂LiNbO3晶體的光導率增強，介電函數(shù)峰值降低，拉曼增益增大。說明摻鎂LiNbO3晶體光折變效應減小，光損傷閾值提高。當以摻鎂LiNbO3晶體作為輻射THz電磁波的樣品材料時，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，結合耦合場量子色散方程得到摻鎂LiNbO3晶體耦合場量子色散曲線，理論上