抗光折變離子和本征缺陷下的光折變摻雜鈮酸鋰晶體的第一性原理研究.pdf

1、酸鋰晶體（LiNbO3簡寫為LN）是一種在諸多領(lǐng)域都得到重視的光折變材料，特別是在光學(xué)體全息存儲領(lǐng)域有著卓越表現(xiàn)，因而很多人認(rèn)為其可以作為光存儲介質(zhì)材料的首選。優(yōu)良的光電性質(zhì)是該晶體被廣泛運(yùn)用的基礎(chǔ)。近年來，該晶體光學(xué)體全息存儲優(yōu)良特性的發(fā)掘恰好迎合了人們對存儲在海量存儲、高速讀取、高分辨率等方面的要求，該晶體及其各種摻雜系列已成為全息存儲技術(shù)的重要材料，所以需要我們對該晶體及其各種摻雜系列的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)做更加細(xì)致的研究。
　　光折

2、變摻雜離子作為LN晶體中功能離子在于全息存儲中起著核心作用，抗光折變離子起著抗光損傷的作用，實(shí)現(xiàn)光全息存常采用兩者共摻。LN晶體內(nèi)部通常存在本征缺陷結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)既有利于原子的摻雜，也可以單獨(dú)或與摻雜離子共同影響晶體的存儲性能。本文采用第一性原理模擬計(jì)算并分析所建立的各摻雜體系的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)，得出結(jié)論如下：
　　本文第三章研究了In:Mn:LN晶體及其對比組的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)。結(jié)果顯示，Mn:LN晶體中的雜質(zhì)能級主要由Mn

3、的3d態(tài)軌道提供并處于禁帶區(qū)域較淺的位置，價帶的頂端也有Mn的3d態(tài)軌道的貢獻(xiàn)，摻錳后晶體的帶隙相比純LN晶體大幅變窄；除上述外，在吸收譜中還發(fā)現(xiàn)該晶體對1.66eV、2.85eV處出現(xiàn)明顯的光吸收，且1.66eV處是一個強(qiáng)吸收峰；在引入In使得1.66eV附近的吸收強(qiáng)度減弱且范圍變寬了，當(dāng)摻In濃度達(dá)到其閾值(約3mol％)時在該峰繼續(xù)減弱，且又分別在1.68eV，2.13eV兩處產(chǎn)生了新吸收峰。文章認(rèn)為1.66eV處的吸收峰與Mn2

4、+相關(guān)，而其后摻銦出現(xiàn)的2.13eV吸收是因?yàn)閾組n3+，隨著摻銦量增加在兩峰間出現(xiàn)的強(qiáng)弱變化是由電子在錳、銦間的轉(zhuǎn)移所致；提出了在In:Mn:LN晶體若光存儲選擇以1.66eV附近低能段光的記錄光，為達(dá)到較高記錄靈敏度需較小的摻銦量等觀點(diǎn)。本文第四章是關(guān)于含本征缺陷的Fe:LN晶體電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的研究，結(jié)果顯示近化學(xué)計(jì)量比摻鐵鈮酸鋰晶體(Fe:nLN)的帶寬僅為2.29eV，摻鐵后的帶隙較純LN明顯變窄；含小極化子樣品能帶間隙變化