近化学计量比掺锆铌酸锂晶体的生长及其光折变性能研究

摘要

铌酸锂晶体是一种集多种效应于一身的人工晶体材料，但是由于同成分纯铌酸锂晶体的抗光折变能力较低，在实际应用中受到很大限制。基于近化学计量比铌酸锂晶体优良的物理性能，以及同成分掺锆铌酸锂晶体在紫外及可见光范围内表现出来的独特的光学性能，对近化学计量比掺锆铌酸锂晶体的光学性能进行了系统的研究。
　　 (1)分别采用直拉法和气相输运平衡法制备了近化学计量比掺锆铌酸锂晶体。利用提拉法生长了掺入ZrO2浓度为0.2和0.5mol％的近化学计量比掺锆铌酸锂晶体，对掺入ZrO2的浓度分别为0.3、0.7、1.0、1.5mol%的同成分掺锆铌酸锂晶体进行了气相传输平衡处理，得到相应组分的近化学计量比掺锆铌酸锂晶体。通过吸收光谱检测，晶体中的锂铌比均达到49.85%以上。
　　 (2)研究了近化学计量比掺锆铌酸锂晶体在紫外-可见光范围内的光折变性能。在可见光范围内，晶体的抗光损伤强度达到2.47×105W/cm2(@488nm)以上，比同成分铌酸锂晶体提高了4个数量级；通过全息法测量晶体的Δn变化，实验结果表明，样品的折射率变化均在10-6量级，表现出了强的抗光折变能力。在紫外光范围，晶体的抗光损伤强度达到2.3×104W/cm2(@351nm)以上；其紫外光折变样品响应时间较短，均在3s以下，最小达到0.73s。折射率变化也保持在106-10-5之间。对不同状态下的样品进行了红外光谱，紫外可见光谱的测量，并对红外光谱的微结构进行了分析。
　　 (3)研究了掺杂浓度分别为0.5、1.0、1.5mol%的近化学计量比掺锆铌酸锂晶体的铁电畴反转性能。研究结果表明，随着晶体掺锆浓度的降低，畴反转电场逐渐降低，SLN:Zr0.5反转电场最低，达到0.9kV/mm。同时，通过全息干涉装置实时观测了晶体铁电畴反转的全过程，发现了近化学计量比掺锆铌酸锂晶体中稳定存在的四边形畴结构和外加电场作用下两相邻平行畴壁融合过程延长的现象，并对相应的现象进行了讨论。
　　 从上面的研究结果可以看出，由于近化学计量比掺锆铌酸锂晶体的掺杂阈值较低，且在紫外-可见光范围内抗光折变，反转电场低，因此近化学计量比掺锆铌酸锂晶体是目前较有发展潜力的非线性光学晶体。