幾種非線性光學(xué)晶體的光譜研究.pdf

1、晶體材料是內(nèi)部結(jié)構(gòu)基元在三維空間呈周期性重復(fù)排列的固態(tài)物質(zhì)。由于其具有性能穩(wěn)定，實驗現(xiàn)象可靠，可重復(fù)性好等許多寶貴的物理性能，具有不同功能的晶體材料在各個領(lǐng)域已得到了廣泛的應(yīng)用。 在材料的光譜研究方面，人們對各種晶體在微波以下，近紅外以上的波段都做了大量的研究實驗，但是由于太赫茲強(qiáng)源等問題始終未能有關(guān)鍵性的突破，在THz波段的光譜實驗比較少。本文對一些晶體樣品在THz波段以及寬頻范圍的光譜性質(zhì)進(jìn)行了研究，為這些晶體在寬頻段的應(yīng)用

2、提供了實驗基礎(chǔ)。 硼酸鹽材料作為一批優(yōu)良的非線性晶體材料，目前主要作為頻率轉(zhuǎn)換晶體應(yīng)用于紫外一近紅外波段。目前深紫外、遠(yuǎn)紅外的頻率轉(zhuǎn)換晶體比較少，尋找這兩個波段的晶體以及拓寬現(xiàn)有晶體的應(yīng)用范圍，成為近年來國際國內(nèi)研究的熱點。鎢酸鹽晶體也是一類研究較早的應(yīng)用與固體激光器的激光晶體，固體激光器在軍事、通訊和信息等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。 本文對硼磷酸鈉(Na5B2P3O13)、硼磷酸鋅(Zn3BPO7)、硼酸鉛(PbB4O7

3、)和硼酸鍶(SrB4O7)四種非線性硼酸鹽晶體的結(jié)構(gòu)單元結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，并且測量了晶體在紫外-近紅外，中紅外的透射光譜。又通過測量晶體在THz波段的時域光譜，分析了晶體在THz波段的光學(xué)性質(zhì)。另外對兩種鎢酸鹽閃爍晶體進(jìn)行了分析，找出了鎢酸釓鎘(CdGd2(WO4)4-δ)晶體不發(fā)光的原因；對鎢酸鉛(PbWO4)晶體的THz時域譜進(jìn)行了分析。還對摻鉻的氟化鋁鍶鋰晶體(Cr:LiSrAlF6)在中紅外到THz波段的性質(zhì)進(jìn)行了分析。主要研究工

4、作如下： 1．研究了四種硼酸鹽晶體的結(jié)構(gòu)單元。NaB2P3O13晶體和Zn3BPO7晶體的結(jié)構(gòu)不同，光學(xué)性質(zhì)差別很大。PbB4O7和SrB4O7基本結(jié)構(gòu)單元完全相同，但是由于Pb2+離子和Sr2+離子與氧離子的鍵長鍵角的差別，導(dǎo)致了兩種晶體的性質(zhì)差別比較大。在遠(yuǎn)紅外波段光學(xué)性質(zhì)的差別比較明顯。 2．研究了四種晶體在紫外-可見-紅外(200-2000nm)的光學(xué)性質(zhì)。得到了四種晶體的透射和反射性質(zhì)。四種晶體在紫外-近紅外波

5、段表現(xiàn)出了很好的透射性質(zhì)，在近紅外波段的透射率都大于80％。利用K-K關(guān)系計算了四種晶體的折射率和消光系數(shù)，得到了四種晶體的介電函數(shù)，其中Na5B2P3O13、Zn3BPO7和SrB4O7三種晶體的折射率穩(wěn)定，適用于做具有特定要求的穩(wěn)定功能器件。 3．研究了四種晶體中紅外的透射性質(zhì)。在一特定波段，四種晶體都存在一個比較寬的聲子吸收帶。由于結(jié)構(gòu)的不同，聲子吸收帶的頻率范圍和位置有所不同，適合做各種特定波段的濾波晶體。 4．

6、研究了四種晶體的拉曼光譜。通過與紅外波段的透射譜比較，可知在近紅外波段，一些光學(xué)振動模既是拉曼激活的，也是紅外激活的。 5．研究了四種晶體在THz波段的光學(xué)性質(zhì)和基本物理問題。四種晶體表現(xiàn)出了不同的吸收性質(zhì)。在1THz附近都表現(xiàn)出了良好的透射性質(zhì)，吸收系數(shù)小于20cm-1。根據(jù)相位關(guān)系計算了四種晶體在測量范圍內(nèi)的色散關(guān)系，由色散關(guān)系可知其中三種晶體在我們測量的范圍內(nèi)沒有表現(xiàn)出聲子-光子耦合的特性，即在此波段沒有觀察到極化激元。并

7、且結(jié)合一維聲子理論，推導(dǎo)出吸收系數(shù)-頻率的擬合公式及相關(guān)系數(shù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對于三種沒有發(fā)生極化激元的晶體，吸收曲線擬合公式與實驗數(shù)據(jù)符合地很好。從而進(jìn)一步說明固體物理理論在太赫茲波段的應(yīng)用。 6．研究了兩種鎢酸鹽閃爍晶體的光學(xué)性質(zhì)。CdGd2(WO4)4-δ晶體中釓元素有兩種存在方式，Gd2+和Gd3+。通過對CdGd2(WO4)4-δ中Gd離子含量的計算，發(fā)現(xiàn)Gd2+比Gd3+的含量高，這是導(dǎo)致晶體不發(fā)光的原因。通過對PWO晶體