近化学计量比铌酸锂晶体制备及其畴极化反转电场的研究

摘要

铌酸锂晶体分子式为LiNbO3，是一种由人工合成的晶体，它是用于准相位匹配技术的优良材料。目前用于准相位匹配的铌酸锂晶体多为同成分铌酸锂晶体，这种铌酸锂晶体在室温下使用外加电场极化法进行畴极化反转时，需要大于21kV/mm的极化电场，如此大的极化电场导致极化电压过大，容易击穿晶体，这就限制了晶体的厚度，给极化反转带来很大的困难。目前周期极化同成分铌酸锂晶体的厚度大多不超过0.5mm，这个厚度影响了通光孔径，不利于输出功率的提高和输出光束频率的快速调谐[1]。
　　 为了解决同成分铌酸锂晶体极化电场过大这一问题，人们将目光投向了近化学计量比铌酸锂晶体。与同成分铌酸锂晶体相比，近化学计量比铌酸锂晶体具有更加优异的电光性能，更为关键的是随着晶体中的锂含量的提高，铌酸锂晶体的畴极化反转电场随之降低。对于近化学计量比铌酸锂晶体的生长，已经涌现出助熔剂法、气相输运平衡法、双坩埚法、区熔法等方法，这些方法都各有其优势与不足，目前尚没有一种实用的近化学计量比铌酸锂晶体的生长方法。
　　 另外，使用外加电场法对晶体进行周期极化时，晶体的均匀性对结果影响比较大。如何制备均匀性高的晶体也是目前所需要解决的问题。
　　 针对以上所述的关键问题，本论文的主要工作为：
　　 第一，通过提拉法生长了同成分铌酸锂晶体；采用“大埚拉小晶体”的方法直接从锂铌比58.5/41.5配比的原料中生长近化学计量比铌酸锂晶体；采用助熔剂提拉法，在氧化钾掺入量6mol％和8mol%的情况下，生长出了质量较高的近化学计量比铌酸锂晶体。又采用气相输运平衡法，对上述制备的铌酸锂晶体进行后处理，获得了锂含量更高的近化学计量比铌酸锂晶片。
　　 第二，通过喇曼光谱、紫外吸收边等方法，测量了制备的铌酸锂晶体的组分；搭建一套极化反转电场测量仪器，测量了所制备的铌酸锂晶体的畴极化反转电场：根据锂空位模型对畴极化反转电场变化的微观机理进行了分析。
　　 第三，对制备的晶体极化电场的均匀性做了测试，结果显示经过VTE方法处理的晶体，其锂含量更高，极化电场均匀性较好，是用于准相位匹配的优良材料。