富锂气相输运平衡对MgO:LiNbO3晶体表面折射率和Mg浓度的影响

摘要

铌酸锂晶体(LiNbO3，LN)的很多物理特征与其本身的组分和晶格缺陷有着密切的关系。气相输运平衡(VTE)是改变铌酸锂晶体组分的一种实用，有效的方法。目前有关采用气相输运平衡制备富锂/缺锂LiNbO3晶体的报道很多。本论文以此为主要的实验技术，研究了其对于铌酸锂晶体的微观影响和表现出的特性。
　　 以掺有MgO的铌酸锂晶体为主要研究对象，分别从晶体的生长，晶相，晶体组分表征技术方面讨论了MgO：LN的物理性质。
　　 接下来，对于MgO：LN的折射率模型进行了讨论。通过建立晶体的缺陷结构模型，分别讨论Nb占Nb位，Nb占Li位，Mg占Li位，等离子体基元和声子对于折射率的影响，最终确定了普适的Sellmeier方程(也同样适用于LN)。该方程的适用范围：Mg浓度0～9mol％，波长范围400～>1200nm，温度范围-50～>250℃。其计算得到折射率的最大误差约为0.002。
　　 以此为基础，研究了富锂VTE对同成份MgO(5mol％)：LN晶片表面折射率的影响。结果显示，表面寻常光折射率no受VTE过程的影响很大，包括随VTE时间的变化趋势和折射率变化幅度；表面异常光折射率ne受VTE的影响与no相似，但幅度变化要小。
　　 SIMS研究表明，在VTE初期，MgO扩散至晶片表面，导致表面浓度随深度的分布不均匀，并与VTE时间有关。NAA结果显示，Mg离子几乎没有从晶体中蒸发出去。随着VTE时间的延长，Li浓度趋向平衡，表面部分Mg离子扩散回样品并趋向平衡，导致表面Mg浓度的下降，使得Mg浓度分布更均匀；VTE140h后的样品，在至少10μm的空间范围内，浓度在深度方向是分布均匀的。UV吸收边表明富锂VTE使晶体缺陷数下降，并且提高其中的组分，而没有改变其晶相。
　　 此后，设想了合理的Mg离子的占位机制和掺Mg的LN的晶相。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 LiNbO3晶体

1.1.1 铌酸锂晶体的晶格结构

1.1.2 铌酸锂的光折变效应

1.2 Mg：LiNbO3晶体的性质,特征,用途

1.3 本论文的工作及意义

第二章 LiNbO3晶体的气相输运平衡

2.1 铌酸锂晶体的生长

2.1.1 同成份LiNbO3晶体及制备

2.1.2 近化学计量比铌酸锂晶体的生长

2.1.3 掺镁铌酸锂晶体的生长

2.2 Li2O-Nb2O5-MgO三体系相图

2.3 气相输运平衡(VTE)处理的原理及效果

2.3.1 坩埚制作

2.3.2 VTE技术在处理铌酸锂晶体中的重要功能

第三章 组分表征的部分方法

3.1 拉曼散射谱线线宽

3.1.1 拉曼散射及拉曼位移

3.1.2 散射配置选择

3.1.3 拉曼散射谱与LiNbO3晶体组分关系

3.2 棱镜耦合技术

3.3 测量UV吸收边

第四章 MgO：LiNbO3晶体折射率模型

4.1 缺陷结构模型

4.2 普适的Sellmeier方程

第五章 实验分析VTE致晶体表面折射率及Mg浓度变化

5.1 样品制备

5.2 折射率变化

5.3 Mg浓度变化

5.3.1 VTE对晶体中Mg浓度的影响

5.3.2 表面Mg浓度

5.3.3 Mg的扩散机制

5.4 晶相和Li与Mg离子的占位讨论

总结

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢