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铜掺杂近化学计量比铌酸锂晶体的生长及其性能的研究

作　者: 刘淑杰
导　师: 石连升
学　校: 哈尔滨理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 铌酸锂晶体 近化学计量比 提拉法
分类号: O782
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 40次
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内容摘要


铌酸锂晶体具有优良的电光和光学性能,在体全息存储上具有广泛应用。但同成份LiNbO3晶体存在锂空位、反位铌等缺陷,造成载流子陷阱多、空间电荷易被捕获,进而限制该晶体某些领域应用。尽管近化学计量比的晶体比同成份配比的本征缺陷少,但仍然存在摩尔分数为1%的反位铌和摩尔分数为4%的锂空位以及大量的极化子、双极化子、氢离子、局域钛铁矿等缺陷结构。为此,我们选择光折变敏感的铜做为掺杂剂来进一步研究能否降低甚至消除这一不利因素。本文利用提拉法,采用最优工艺参数,生长出了无包裹物、无开裂、透明、组份均匀、光学均匀性好的掺杂近化学计量比LiNbO3晶体。对生长出来的掺杂晶体进行了高温退火、单畴极化及氧化还原等后处理。X射线衍射结果表明,掺入的铜离子替代反位铌（ Nb 4L+i）,导致锂空位缺陷变少,晶格畸变变小,随着掺铜量的增加,Cu2+占锂位（Li+）的同时,为了使电荷平衡产生空位并形成CuLi2+VLi,使空位数量增加。由晶体紫外-可见吸收光谱推测出:化学计量比LiNbO3晶体掺入铜后,Cu2+直接取代并占据Nb位形成反位铌（ Nb 4L+i）。Cu+取代正常晶格的Li位。晶体红外吸收光谱分析可知,助熔剂法生长的单掺铜铌酸锂晶体均为近化学计量比结构,但在3479cm-1处本征缺陷较多,吸收峰比较大,偏离化学计量比铌酸锂的程度增大,缺陷结构为NbLi4+-4(VLi)-,OH-吸收峰认为是H+在缺陷集团NbLi4+-OH--3(VLi)-中拉伸振动的结果。二波耦合实验结果表明,单掺铜的化学计量比铌酸锂晶体的衍射效率都比较低,但随着掺铜量的增加,衍射效率逐渐增大,写入时间和擦除时间均减小;通过抗光损伤能力测试可知,随着掺铜量的增加,抗光损伤能力逐渐增强,但增强效果不明显。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章 绪论  11-25
  1.1 课题背景  11
  1.2 铌酸锂晶体的特点  11-13
  1.3 铌酸锂晶体的结构及缺陷模型  13-18
    1.3.1 铌酸锂晶体结构  13-14
    1.3.2 铌酸锂晶体的本征缺陷  14-16
    1.3.3 铌酸锂晶体的非本征缺陷  16-17
    1.3.4 铌酸锂晶体光折变效应  17-18
    1.3.5 铌酸锂晶体掺杂改性  18
  1.4 化学计量比铌酸锂晶体的研究现状  18-20
    1.4.1 同成份化合物与化学计量比化合物  18-19
    1.4.2 化学计量比铌酸锂晶体的研究进展  19
    1.4.3 同成分与化学计量比晶体性能比较  19-20
  1.5 化学计量比晶体的生长方法  20-24
  1.6 本课题研究主要内容  24-25
第2章 Cu:SLN 晶体的生长及试样制备  25-37
  2.1 原料及预处理  25-26
    2.1.1 原料配比  25-26
    2.1.2 原料预烧结  26
  2.2 晶体生长设备及工艺  26-33
    2.2.1 晶体生长设备装置  26-28
    2.2.2 晶体生长工艺参数的选择  28-31
    2.2.3 晶体生长过程  31-33
  2.3 晶体的极化与氧化还原处理  33-34
    2.3.1 晶体的极化  33-34
    2.3.2 晶体的氧化处理  34
  2.4 晶体加工  34-35
  2.5 本章小结  35-37
第3章 铌酸锂晶体的微观结构  37-54
  3.1 铌酸锂晶体微观缺陷研究  37-39
  3.2 晶体X- ray 衍射分析  39-40
  3.3 Cu:SLN 晶体物相及结构分析  40-44
  3.4 Cu:SLN 晶体紫外-可见吸收光谱  44-50
    3.4.1 离子极化能力的计算  44-46
    3.4.2 紫外-可见吸收谱测试与讨论  46-50
  3.5 Cu:SLN 晶体的红外吸收光谱分析  50-53
  3.6 本章小结  53-54
第4章 Cu:SLN 晶体的光折变性能的研究  54-63
  4.1 晶体光折变效应  54-56
    4.1.1 光折变效应的物理过程  54-55
    4.1.2 光折变参量  55-56
  4.2 晶体光折变性能测试方法  56-57
  4.3 晶体光折变试验结果  57-60
  4.4 抗光损伤能力测试结果讨论  60-62
  4.5 本章小结  62-63
结论  63-64
参考文献  64-71
攻读硕士学位期间发表的学术论文  71-72
致谢  72

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中图分类: > 数理科学和化学 > 晶体学 > 晶体生长 > 晶体生长工艺
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