鈧系摻雜鈮酸鋰晶體生長及光全息存儲性能.pdf

1、本研究采用提拉法生長出無宏觀缺陷、光學均勻性好的Sc：Fe：LiNbO3晶體和Mg:Sc:Fe:LiNbO3晶體。摸索出生長高摻雜和不同鋰鈮比的摻雜鈮酸鋰晶體的合適工藝條件，以避免晶體開裂，并降低溶質分凝所引起的晶體成分不均勻性。通過X-射線粉末衍射結果分析，鈧系摻雜鈮酸鋰晶體在改變摻鈧量和Li/Nb比的情況下，沒有出現(xiàn)新相，但晶格常數(shù)有所改變，表明摻雜離子只能取代Li+、Nb4+Li或Nb5+。 本文根據(jù)晶體的紅外光譜吸收帶和

2、紫外可見吸收光譜的吸收邊隨摻鈧量、摻鎂量和Li/Nb比變化而發(fā)生移動的規(guī)律，分析確定雜質Sc在Sc:Fe:LiNbO3晶體和Mg:Sc:Fe:LiNbO3晶體中的閾值濃度和占位情況。當摻鈧量低于閾值濃度時，Sc3+離子優(yōu)先取代反位鈮(Nb4+Li，占據(jù)Li+位的Nb5+)，而當摻鈧量的達到閾值濃度后，所有的反位鈮被取代，Sc3+離子將同時進入正常的Li位和鈮位。隨著Li/Nb的增加，晶體中Sc的閾值濃度濃度逐漸減小。同成分Sc:Fe:L

3、iNbO3晶體Sc的閾值濃度約為3mol％。在近化學計量比Sc:Fe:LiNbO3晶體中，Sc的閾值濃度僅有0.3mol％。在Sc和Mg共摻晶體中，Sc比Mg優(yōu)先達到閾值濃度。而且Sc在Mg:Sc:Fe:LiNbO3晶體中的閾值濃度比在未摻鎂的Sc:Fe:LiNbO3晶體中的更低。在Sc、Mg的摻入量達到各自閾值濃度后，繼續(xù)增加鎂摻量，Sc、Mg的摻入量將達到一個共同的閾值。采用二波耦合和光斑畸變法分別測試晶體的光折變性能和抗光損傷性能

4、。結果表明，隨著摻鈧量增加，Sc:Fe:LiNbO3晶體的衍射效率和動態(tài)范圍下降，而記錄時間和擦除時間縮短，光折變靈敏度增加。對于不同Li/Nb比Sc:Fe:LiNbO3晶體和Mg:Sc:Fe:LiNbO3晶體，其光折邊變性能的變化規(guī)律與不同鈧摻量的Sc:Fe:LiNbO3晶體的光折邊變性能變化規(guī)律是一致的。在摻鈧量達到閾值之后，Sc:Fe:LiNbO3晶體的抗光損傷能力顯著增強，比Fe:LiNbO3晶體高二個數(shù)量級。通過增加Li/Nb

5、比也可提高Sc:Fe:LiNbO3晶體的抗光損傷能力。對于近化學計量比Sc:Fe:LiNbO3晶體來說，當鈧的摻雜量達到閾值濃度之后，再增加晶體中的摻鈧量，反而導致晶體的抗光損傷能力降低。實驗發(fā)現(xiàn)可通過共摻雜質Mg，使晶體的抗光損傷能力獲得進一步提高，對晶體的全息存儲實驗結果表明，(5mol％)Sc:Fe:LiNbO3晶體的讀出圖象質量明顯高于Fe:LiNbO3晶體和近化學計量比(0.1mol％)Sc:Fe:LiNbO3晶體，表明晶體的