近化学计量比LiNbO3晶体电畴结构观察和机理探讨

采用双坩埚提拉法(DCCZ)生长了各种不同成分的近化学计量比LiNbO₃晶体, 并用腐蚀法观察了其电畴结构. 结果表明, 化学成分对未经极化处理晶体的电畴结构起决定性作用, 当Li₂O 含量处于49.4mol%附近时, 晶体z面电畴呈现特殊的三次对称反畴; 当晶体中Li₂O含量为49.7mol%时, 晶体为完全单畴. 本文对其形成机理进行了探讨, 认为在由顺电相向铁电相转变 时, 局部铁电畴的极性方向与该处沿z轴方向的温度梯度正负密切相关, z轴生长晶体时, 由于相变发生所处位置离生长界面的距离受LiNbO₃晶体计量比影响, 所处温场固有温梯也 随之不同, 在此基础上解释了不同成分晶体的电畴结构形成原因. 最后讨论了控制铁电畴结构的工艺措施.     

掺Mn近化学计量比铌酸锂晶体生长及其性质

采取中频加热和TSSG的方法,从掺入了6%(质量分数)K2O的同成分Li2O-Nb2O5熔体中生长出了近化学计量比铌酸锂单晶,其铁电畴结构为单畴结构,居里温度为1191.5℃.在此基础上,分别掺入0.05%(质量分数),0.16%(质量分数)和0.32%(质量分数)的氧化锰,生长了掺Mn近化学计量比的铌酸锂晶体,其铁电畴结构也均为单畴结构,居里温度分别为1195.3、1201.5和1219℃.对这4个晶体进行的红外光谱测试的结果表明均在3466cm-1有一吸收峰.通过二波耦合实验,我们对不同掺杂浓度的4种晶体进行了光折变性能测试.     

掺镁近化学计量比LiNbO3晶体的生长

利用提拉法，从掺入11mol％K2O和1mol％MgO的化学配比LiNbO3熔体中生长了高质量的掺镁近化学计量比LiNbO3晶体．与同成分LiNbO3晶体相比，紫外吸收边发生明显蓝移，OH^-红外吸收峰的位置和波形也发生了显著的变化，初步断定晶体中Mg^2 的掺杂浓度已达到抗光伤阈值浓度．酸腐蚀结果表明，晶体具有区域性单畴结构。     

PMNT单晶电畴结构随组分与结构的变化

利用多种方法观察了弛豫型铁电单晶ＰＭＮＴ中电畴结构随组分与结构的演变过程与特征．观察发现,在ＰＭＮ－ＰＴ的三方相区内,随ＰＴ含量的增加,电畴结构表现出微畴一（亚微畴）－不规则宏畴一规则宏畴转变历程;在三方－四方相变中,非１８０°电畴发生７１°（或１０９°）宏畴－９０°宏畴的转化,同时电畴图像变得更为规则．根据不同组分ＰＭＮＴ电畴的显示特征,提出晶体的最大双折射率可以作为度量其弛豫性强弱的光学参数．观察到了电畴的分布不均匀与多级结构现象,前者与组分或结构的起伏有关,后者与多期式马氏体转变有关．本文还分析了偏光显微镜、ＤＩＣ、ＳＥＭ、ＳＥＡＭ等观察方法中电畴的成像特征．     

掺铟LiNbO3晶体抗光折变效应增强机理的研究

在LiNbO3中掺进不同浓度的抗光折变杂质离子In3+,生长In(2mol%)LiNbO3和In(3mol%)LiNbO3晶体.研究InLiNbO3晶体的结构和In3+离子在LiNbO3晶体中的占位,利用光斑变形法和全息法测试了InLiNbO3晶体的抗光折变性能,分析了In3+使LiNbO3晶体抗光折变效应增强的机理.     

Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3晶体组分对结构与性能的影响

用熔体Modified Brdgman法生长出尺寸直径40 mm长度80 mm的弛豫铁电单晶PMNT90/10,表明该方法不仅适合在准同型相界(MPB)附近生长PMNT单晶,也适合生长PT含量很低的PMNT单晶.在生长出的PMNT90/10晶体中,铁电相与顺电相两相共存,并呈现亚微畴结构特征.随着晶体组分由PMN组元变化到MPB组分附近,PMNT的电畴结构呈现微畴-亚微畴-不规则宏畴-规则宏畴演化系列,而介电弛豫特性则逐步弱化.PMNT固熔体的电学性能依赖于晶体组分,(001)切型PMNT90/10晶体的压电常数d33约80 pC/N,显著低于MPB附近组分,但其介电常数ε达到12600,明显高于后者.     

67 Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-33PbTiO3单晶90铁电畴光学研究

采用偏光显微镜观察了67Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-33PbTiO3固溶体铁电单晶在室温时90铁电畴结构.铁电畴结构与晶体质量有关,在正交偏光显微镜下光学透明晶体中存在着尺寸为23mm的均匀大畴,不同极化方向的大畴重叠形成雾状区,使晶体表现出光学质量宏观不均匀.在光学质量差的雾状晶体中则存在着0.1mm宽的110型带状孪生畴,使晶体形成表面浮凸,带状畴内还存在着90°亚畴.并对这些畴的形成作了讨论     

Pb[(Zn1/3Nb2/3)0.91Ti0.09]O3压电单晶的弛豫反常

对用改进的Bridgman法生长的Pb[(Zn1/3Nb2/3)0.91Ti0.09]O3(PZNT91/9)单晶用Laue衍射法和XRD衍射曲线定向,取(001)晶片研究材料的电学性能.结果表明,材料的介电性能呈现出明显的频率色散现象,随着测试频率的升高,介电常数的峰值温度出现反常,峰的位置向低温方向移动.用扫描电子显微镜和正交偏光显微镜研究了PZNT91/9单晶的电畴结构,发现规则排列的带状畴与杂乱分布的细畴并存.X射线荧光分析结果表明,在PZNT91/9单晶中存在着由成分分凝引起的组分变化.成分分凝引起的组分波动和电畴结构的复杂性导致了材料性能的不均匀性,并与材料铁电相变的弥散性特征相关.     

高掺镁LiNbO3晶体抗光折变性能研究

在LiNbO3中掺进MgO以提拉法生长Mg(1mol%)LN,Mg(3mol%)LN,Mg(5mol%)LN,Mg(7mol%)LN,和Mg(9mol%)LN晶体.改进晶体生长工艺条件,解决了在生长中出现的脱溶,散射颗粒,生长条纹等缺陷.生长出高质量高掺镁LiNbO3晶体.测试MgLiNbO3晶体的红外光谱,当Mg2+的浓度达到或超过阈值浓度的MgLiNbO3晶体,OH-吸收峰移到3535cm-1,晶体抗光损伤能力比LiNbO3晶体提高两个数量级以上.测试MgLiNbO3晶体的倍频性能(相位匹配温度,倍频转换效率)MgLiNbO3晶体的相位匹配温度随Mg2+浓度的增加而改变,Mg(5mol%)LN,晶体的相位匹配温度达到116℃,Mg(9mol%)LN晶体在室温附近.     

67 Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-33PbTiO_3单晶90°铁电畴光学研究

采用偏光显微镜观察了67Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-33PbTiO3固溶体铁电单晶在室温时90铁电畴结构.铁电畴结构与晶体质量有关,在正交偏光显微镜下光学透明晶体中存在着尺寸为23mm的均匀大畴,不同极化方向的大畴重叠形成雾状区,使晶体表现出光学质量宏观不均匀.在光学质量差的雾状晶体中则存在着0.1mm宽的110型带状孪生畴,使晶体形成表面浮凸,带状畴内还存在着90°     

坩埚下降法生长钨酸镉单晶的光学均匀性

采用垂直坩埚下降法生长出大尺寸CdWO₄单晶, 通过DSC/TG、XRD、电子探针、透射光谱和X射线激发发射光谱对单晶进行了测试表征, 分析了单晶生长过程中熔体挥发情况和单晶化学成分变化, 研究了所生长单晶的光学均匀性的变化规律. 结果表明, CdWO₄单晶生长过程存在比较严重的熔体挥发, 且熔体中CdO比WO₃更加易于挥发; CdWO₄单晶的化学组成存在不同程度缺Cd的特征, 初期生长晶体的n(Cd)/n(W)比相对高, 后期生长晶体的n(Cd)/n(W)比持续减小, 相应地单晶在380~550nm区域的光透过率略有降低, X射线激发发光强度有所降低, 且发光波长出现略微红移的趋势. 通过提高多晶料纯度、减少熔体挥发和氧气氛退火处理, 可以改善坩埚下降法生长CdWO₄单晶的光学均匀性.     

Growth of LiNaSO4 single crystals from a solution of stoichiometric pH value

Single crystals of LiNaSO₄ were grown without adjusting the pH value of equimolar aqueous solution containing Li₂SO₄·H₂O and NaHSO₄ at 30°C. As-grown crystals were characterized using X-ray, IR, Raman and other crystal perfection studies such as chemical etching, scanning electron micrograph and microhardness measurements. Atomic absorption technique was adopted to verify the composition of Li⁺ and Na⁺ ion content and these were found to be consistent with the desired composition to within ± 6 mol%.     

钨酸铅(PbWO4)晶体的发光均匀性研究

通过对下降法生长的全尺寸钨酸铅（PbWO4）晶体沿长轴方向不同点的透过率和光产额的测量、分段晶体的透过率和光产额的测量,研究了钨酸铅晶体的发光均匀性及其影响因素。结果表明：钨酸铅晶体发光均匀性主要由生长后期的钨酸铅晶体质量所决定,采用晶种为大头的加工取向有利于提高钨酸铅晶体的发光均匀性。     

Nb掺杂Bi4Ti3O12层状结构铁电陶瓷的电行为特性研究

采用固相烧结工艺制备了Nb5+掺杂的Bi4Ti3O12层状结构铁电陶瓷.运用XRD和AFM对Bi4Ti3-xNbxO12+x/2材料的微观结构进行表征,发现所制备的陶瓷均具有单一的正交相结构,抛光热腐蚀表面晶粒的显微形貌表现为随机排列的棒状结构.通过对材料直流电导率与温度关系的Arrhenius拟合,分析了Bi4Ti3-xNbxO12+x/2的导电机理.Nb5+掺杂提高了材料的介电常数,但居里温度随掺杂含量的增加呈线性下降趋势.DSC结果显示Bi4Ti3-xNbxO12+x/2材料在居里温度处经历了一级铁电相变.样品的铁电性能测试结果表明,Nb5+掺杂Bi4Ti3O12提高了材料的剩余极化Pr,这主要是由于Nb5+取代Ti4+大大降低了材料中氧空位的浓度,使得氧空位对畴的钉扎作用减弱的缘故.     

Ti:Fe:LiNbO3晶体的生长及其光折变性能的研究

采用熔体提拉法生长了不同掺杂浓度的Ti：Fe：LiNbO₃晶体．研究了掺杂杂质离子浓度变化对晶体光折变性能的影响，测定了晶体经热化学还原处理前后的透射谱．用ESR方法证实，未经还原处理时，Ti：Fe：LiNbO₃晶体中Ti离子以Ti⁴⁺形式存在．与Fe：LiNbO₃和Ti：LiNbO₃相比，Ti、Fe复合掺杂，通过电荷补偿效应，使未经还原处理的晶体中Fe²⁺增加，从而使光吸收增强；可以通过改变Ti、Fe掺杂浓度的方法来控制晶体中Fe²⁺离子的浓度，达到控制并改善晶体光折变性能的目的．本文还对Ti：Fe：LiNbO₃晶体的全息性能进行了研究，测得Ti：Fe：LiNbO₃晶体响应时间缩短，衍射效率高达90％以上．Ti：Fe：LiNbO₃晶体是一种优质的光折变材料．     

PbF2:Gd晶体的发光强度与发光均匀性研究

以Ｘ射线荧光光谱分析为手段,测试了用Ｂridgman方法生长的ＰbF2:Gd晶体中Ｇd离子沿生长方向的分布。发现该晶体在Ｘ射线激发下的发光强度与Ｇd在ＰbF2晶体中的含量变化均从结晶开始端至结晶结束端逐渐降低,表明ＰbF2:gD晶体的发光是不均匀的。这种不均匀性源于Ｇd离子在ＰbF2晶体中的分布不均匀性,通过在ＰbF2:Gd晶体中掺入一定量的碱金属离子,可以比较有效地改善Ｇd离子在ＰbF２晶体中的不均匀分布,使晶体的发光均匀性和透光率得到明显提高,其中以Ｎa离子的均匀化效果为最好,推测Ｎa离子的作用是消除了ＰbF2:Gd晶体中因子Ｇd离子的掺杂而造成的间隙Ｆ离子,从而使晶体中的缺陷浓度大大降低。     

KTiOAsO4晶体的生长缺陷研究

研究ＫＴｉＯＡｓＯ４的生长缺陷,对于改善它的性质和应用前景有很大的意义,本文利用化学腐蚀光学显微术和同步辐射Ｘ射线形貌术研究了ＫＴｉＯＡｓ析缺陷,实验结果表明,两种腐蚀剂对ＫＴＡ晶体的表面缺陷效果显著,ＫＴＡ晶体中主要的缺陷有铁电畴生产层,形界,位错和包裹物,了这些缺陷形成的原因。     

Growth and characterisation of ferroelectric potassium lithium niobate crystals

Abstract

Potassium lithium niobate crystals have been grown by the resistance heating Czochralski technique. The optical transmission spectrum of the crystal has been determined. The results showed that the spectrum properties of potassium lithium niobate crystals grown from a melt with a higher Li₂O content are better than that of crystals grown from the melt with a lower Li₂O content. The crystals grown by this method have good quality and second harmonic generation properties. Frequency doubling results of a quasi cw-Ti:sapphire laser using crystal samples showed that potassium lithium niobate can be used to double the frequency of near infrared quasi cw-lasers in the 890–960 nm wavelength range.