稀土掺杂铌酸锂晶体电光效应的实验研究

摘要

铌酸锂晶体具有优异的电光性质,利用该性质可以研发各种电光器件,如相位调制器、电光开关以及电光波导光栅等。稀土掺杂铌酸锂晶体结合了稀土的发光特性和铌酸锂晶体的优良性质,可用以研发包括基于电光效应在内的各种有源光波导器件,并且共掺镁后可有效地抑制光折变效应。因此,系统地研究晶体组份以及稀土和镁掺杂离子对晶体电光性质的影响,无疑对电光器件的制作具有十分重要的意义。本论文利用马赫-泽德干涉测量系统研究了晶体组份、稀土铒掺杂以及铒镁共掺对铌酸锂晶体电光系数的影响,并从晶体缺陷模型的角度予以了合理的解释。所完成的主要工作包括:
　　(1)搭建了适用于准确测量各种电光晶体电光系数的马赫-泽德干涉测量系统。首先利用该系统测量了标准同成份纯铌酸锂晶体的电光系数,并与他人所报道的结果进行了比较,取得了一致的结果,从而验证了测量系统的准确性。
　　(2)基于该测量系统研究了铌酸锂晶体电光性能的组份效应。利用气相输运平衡(VTE)技术制备了富锂和缺锂纯铌酸锂晶体,并测量了它们的电光系数。结果表明:电光系数随组份的增加而略微下降。
　　(3)进一步研究了稀土铒离子掺杂对于铌酸锂晶体电光性能的影响。实验结果表明:在所研究的铒离子掺杂浓度0-2 mol％范围之内,铒掺杂对晶体的电光性能影响不大。该结论与他人先前所报道的电光系数随铒浓度增加而下降的结果有所不同。
　　(4)还研究了铒、镁共掺铌酸锂晶体电光系数随镁浓度变化的关系,发现电光系数随镁离子浓度的增加呈现振荡变化的规律,与掺镁铌酸锂晶体中锂空位浓度随掺镁浓度变化行为相类似。
　　(5)基于铌酸锂晶体的缺陷模型以及锂空位浓度与晶体组份和掺杂离子浓度之间的关系,我们得出结论:晶体中的电光系数与晶体中锂空位的浓度密切相关。

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第一章 绪论

1.1铌酸锂晶体及其结构

1.2电光效应与电光系数

1.3本论文的工作及意义

第二章 电光效应与光折变效应理论

2.1铌酸锂晶体的电光效应

2.2 光折变效应理论

第三章 铌酸锂晶体掺杂及其缺陷结构分析

3.1铌酸锂晶体的掺杂

3.2铌酸锂晶体的缺陷结构

3.3 [Li]/[Nb]对结构和性能的影响

第四章 测量干涉系统设计

4.1 马赫泽德干涉系统

4.2 光干涉基本概念

4.3 干涉图形的性质和特征

第五章 实验系统设计与搭建

5.1样品处理

5.2 实验过程

5.3 实验注意事项

第六章 实验结果与分析

6.1 实验结果

6.2 实验结果分析

6.3 实验误差分析

总结

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢