鎂-銦-鉿與鈥雙摻鈮酸鋰晶體微觀結構和光學特性.pdf

1、本研究采用提拉法生長出Mg: Ho: LiNbO3、In: Ho: LiNbO3及 Hf: Ho:LiNbO3三個系列晶體材料，討論了晶體生長的工藝參數(shù)(溫度梯度、旋轉(zhuǎn)速度和提拉速度等)對晶體生長的影響，探索最佳工藝參數(shù)生長出了無宏觀缺陷、光學均勻性較好的晶體。
　　采用電感耦合等離子質(zhì)譜法測試摻雜離子在晶體中的濃度。詳細分析了Mg、In和Hf在鈮酸鋰晶體內(nèi)的分凝系數(shù)及 Li/Nb比隨著 Mg、In和Hf摻雜濃度改變的規(guī)律。結果表

2、明: Mg2+和Hf4+濃度的增加使晶體中Mg、Hf和Ho的分凝系數(shù)降低，而 In3+濃度的增加使 In的分凝系數(shù)減小，Ho的分凝系數(shù)逐漸提高。
　　通過紅外 OH-吸收譜、紫外-可見吸收光譜、X射線粉末衍射和差熱分析，詳細研究了Mg: Ho: LiNbO3、In: Ho: LiNbO3及Hf: Ho: LiNbO3晶體的缺陷結構以及 Mg、In與Hf的摻雜濃度的變化對摻雜離子在晶體中占位的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn): Mg、In和Hf在

3、低于各自的閾值濃度時，都是優(yōu)先取代反位鈮N; Mg、In和Hf的摻雜濃度達到或高于各自的閾值濃度時，晶體的本征b L4+i缺陷反位鈮完全被取代，這時 Mg2+、In3+和Hf4+將同時占據(jù)正常的Li和Nb位，但是三種離子占據(jù) Li位和Nb形成的缺陷基團不同：Mg2+以占據(jù) Li為主，形成3 M+g L M i-g3 N-b；In3+占據(jù)Li和Nb位，形成In2 L i In-+2 N-b；Hf4+以占據(jù)Nb為主，形成Hf L3 i3Hf

4、-+N-b。
　　利用上轉(zhuǎn)換實驗裝置，測試了Mg:Ho:LiNbO3、In:Ho:LiNbO3及Hf:Ho:LiNbO3晶體在波長為808nm激發(fā)源激發(fā)的上轉(zhuǎn)換發(fā)光光譜。發(fā)現(xiàn) Mg、In和Hf的摻雜濃度對其上轉(zhuǎn)換光譜的光強產(chǎn)生影響，同時確定了 Mg: Ho:LiNbO3、In: Ho: LiNbO3及Hf: Ho: LiNbO3晶體的上轉(zhuǎn)換發(fā)光機制，均為雙光子過程。
　　根據(jù)紫外-可見吸收光譜的測試結果，利用Judd-Ofe

5、lt理論，計算了 Mg:Ho: LiNbO3、In: Ho: LiNbO3及Hf: Ho: LiNbO3晶體中Ho3+的唯象強度參數(shù)，同時計算出Ho3+離子部分能級的自發(fā)輻射躍遷幾率、熒光分支比、熒光壽命以及積分發(fā)射截面等光譜參數(shù)。實驗結果顯示：Mg、In和Hf的摻雜導致 Ho的9個吸收峰的強度明顯改變、某些吸收峰的峰位發(fā)生紅移等豐富的吸收光譜特性；當Mg2+、In3+的摻雜濃度超過閾值后分別增加到10mol％和5mol%時，其晶體的吸

6、收峰強度顯著增強；摻 Hf4+的鈥鈮酸鋰晶體吸收峰的強度與摻Mg2+、In3+的晶體變化規(guī)律不同，Hf4+的摻雜濃度低于閾值濃度時峰強均減弱；Hf4+的摻雜濃度高于閾值濃度時，吸收峰的峰強增強。
　　采用透射光斑畸變法和光致散射閾值曝光能量流法兩種方法，針對 Mg:Ho:LiNbO3、In:Ho:LiNbO3和Hf:Ho:LiNbO3晶體的抗光損傷性能進行了系統(tǒng)研究。實驗結果表明晶體的抗光損傷能力隨著 Mg、In和Hf摻雜濃度的提