掺镁近化学计量比铌酸锂晶体的生长

用改进的提拉技术从富锂[摩尔比n(Li2O)/n(Nb2O5)=58.5/41.5]熔体中生长了φ40mmx60mm的掺镁近化学计量比铌酸锂(LiNbO3)晶体.利用X荧光光谱分析了晶体中铌离子(Nb5 )和镁离子(Mg2 )的含量.通过紫外吸收和红外吸收峰研究了晶体中缺陷的结构,初步断定晶体中Mg2 的掺杂浓度已达到抗光伤阈值的浓度.生长晶体的比热容[O.69J/(g·K)]高于同成分LiNbO3晶体的比热容[O.64J/(g·K)].     

镁掺量对镁钕铌酸锂晶体的抗光损伤和激光性能的影响

采用提拉法生长了掺0.4%(摩尔分数,下同)Nd2O3和分别掺1.0%、3.0%、5.0%、7.0%MgO的4种Nd∶Mg∶LiNbO3(Nd∶Mg∶LN)晶体。通过透射光束变形法测试晶体抗光损伤能力。结果表明:0.4%Nd∶7.0%Mg∶LN和0.4%Nd∶5.0%Mg∶LN两种晶体抗光损伤能力皆达到阈值浓度,抗光损伤能力比0.4%Nd∶3.0%Mg∶LN和0.4%Nd∶1.0%Mg∶LN晶体提高2个数量级。利用980nm激光二极管测试晶体的荧光光谱。在500～900nm的光谱范围内,出现2个光发射带,发光强度最强的近红外发射波长为840nm,对应4 I9/2→2 H9/2,4 F5/2能级跃迁。840nm处荧光来源于双光子过程,该上转换荧光在生物医学领域有着应用前景。     

铌酸钾锂晶体的非线性光学性能及其倍频特性分析

简要综述了ＫＬＮ晶体的非线性光学性能，并根据非线性光学理论分析了ＫＬＮ晶体的倍频特性，结合ＫＬＮ晶体在蓝光倍频中的应用，讨论了当前ＫＬＮ晶体生长和性能研究中所要解决的几个关键问题。     

近化学计量比高掺铁铌酸锂晶体的红光全息存储性能

采用提拉法生长了掺质量分数分别为0.01%,0.05%和0.10%Fe2O3的近化学计量比掺铁铌酸锂晶体(near stochiometric Fe:LiNbO3,Fe:NSLN)。采用633nm波长的激光作为光源,利用二波耦合实验和光斑畸变法研究了晶体的红光全息性能。结果显示:当铁含量小于0.05%时,随着铁含量的增加,晶体的写入时间和擦除时间变短,灵敏度增加,动态范围增大,最大衍射效率增强,抗光损伤能力降低。但当铁含量为0.10%时,最大衍射效率减小,抗光损伤能力急剧降低。结合晶体的结构缺陷模型对此现象进行了解释。     

双掺锌钕铌酸锂激光晶体光学特性的研究

采用提拉法在优化条件下生长锌钕双掺的铌酸锂晶体。Nd2O3和ZnO的掺入量分别为0.2％和6％(in mole)。提拉速度为1 mm/h,旋转速度为20 r/min,生长的晶体尺寸为φ30 mm×40 mm。晶体的红外光谱测试表明,Zn:Nd:LiNbO3晶体的H-O振动吸收蜂发生了劈裂,在3 483 cm-1和3 530 cm-1形成吸收,而Nd:LiNbO3晶体的H-O振动吸收峰在3 483 cm-1处形成吸收。通过光斑畸变法测得Zn:Nd:LiNbO3晶体的光折变阈值强度为1.82×104W/cm2,比Nd:LiNbO3晶体的1.62×103W/cm2高1个数量级;采用逐点扫描的方式测得Zn:Nd:LiNbO3晶体双折射梯度为3×10-5cm-1。,比Nd:LiNbO3晶体的双折射梯度6×10-4cm-1小1个数量级。用合适的泵浦光测试了晶体自倍频性质,在150℃时当泵浦脉冲光能为40 mJ时,晶体的自倍频输出光能为35μJ。     

掺铁近化学计量比铌酸锂晶体的生长及其光学性能研究

在LiNbO3(LN)中掺进0．01％Fe3O3(质量分数)和10．9％K2O(摩尔分数)助熔剂，用顶部籽晶(TSSG)法生长近化学计量比掺铁铌酸锂(SLN：Fe)，以及采用Czochralski法生长同成分掺铁铌酸锂(CLN：Fe)。测试了晶体的晶格常数、吸收光谱和红外光谱。Li^ 取代反位铌(NbLi^4 )和占据锂空位，使SLN：Fe晶体的晶格常数变小。SLN：Fe晶体的吸收边相对于CLN：Fe晶体发生了紫移。SLN：Fe晶体的OH吸收峰移到3466cm^—1。利用二波耦合光路测试了晶体的指数增益系数和响应时间，计算了有效裁流子浓度。测试结果表明：SLN：Fe晶体的指数增益系数达到28cm^—1，而CLN：Fe晶体的指数增益系数为18cm^—1；SLN：Fe晶体的响应速度比CLN：Fe晶体提高了1个数量级。     

Cr^3＋在掺镁铌酸锂中的光谱和能级

测量了Cr:Mg:LiNbO_3晶体透射光谱,计算了晶场参数D_q和Racah参数B、C,并由TanabeSugano理论计算了各晶场能级,讨论了该晶体作为可调谐固体激光介质的可能性。     

掺铈铌酸锂晶体的生长和表征

采用提拉法生长了掺Ce的同成分LiNbO3（Ce：CLN）晶体。X射线粉末衍射表明,掺杂并不影响晶体结构,其空间群为R3c。采用X射线荧光光谱分析方法,计算得到铈离子的有效分凝系数为0.4。室温下,晶体在700～3500nm波段的透过率达75%。利用X射线光电子谱（X-ray photoelectron spectroscopy,XPS）和Raman光谱分别表征了铈离子对铌酸锂的电子和声子结构的影响。XPS结果表明,铌离子仅存在纯的＋5价,铈离子由于浓度较小,未检测到信号。Raman光谱结果显示,除Ce：CLN晶体的A1（TO4）模波数和A1（TO1）模半峰宽较纯的LiNbO3晶体发生明显变化外,其余模都与其基本一致,表明铈离子主要进入晶格的Nb位置。     

近化学计量比铌酸锂晶体的生长及其结构

在优化的生长条件下,采用提拉法从加入摩尔分数6％K2O的一致共熔融LiNbO3组分中生长出近化学计量比LiNbO3晶体。用X射线粉末衍射法测定晶体结构,与同成分LiNbO3晶体相比,近化学计量比LiNbO3晶体晶格常数减小。通过紫外可见吸收光谱测定它的基础吸收边,在吸收系数为15cm^-1时,与同成分LiNbO3的吸收边位置(322nm)相比,近化学计量比LiNbO3吸收边(309．8nm)紫移了约12nm。根据测试结果,利用经验公式计算了此晶体的锂含量约为49．70％。近化学计量比LiNbO3晶体的红外H-O振动出现了双峰结构,除了1个小的象征与锂缺少有关的3482cm^-1吸收峰外,还出现了更强的3466cm^-1吸收峰。这表明近化学计量比LiNbO3晶体锂铌摩尔比增加,晶体内的本征缺陷减少,从而晶胞收缩,晶格更加接近理想结构。     

不同Li/Nb摩尔比In:Fe:LiNbO3晶体的生长及其光学性能

在LiNbO3(LN)中掺摩尔分数为1%的In和掺质量分数为0.03%的Fe,用提拉法技术生长具有不同n(Li)/n(Nb)[n(Li)/n(Nb)=0.94,1.05,1.20,1.38]的In:Fe:LN晶体.测试不同n(Li)/n(Nb)的In:Fe:LN晶体的吸收光谱、抗光致散射能力和指数增益系数,并计算晶体的有效载流子浓度.结果表明:晶体样品随着n(Li)/n(Nb)增加,吸收光谱的吸收边发生紫移,抗光致散射能力增加,指数增益系数和有效载流子浓度增大.采用n(Li)/n(Nb)=1.38的In:Fe:LN晶体作记录介质,n(Li)/n(Nb)=1.05的In:Fe:LN晶体作位相共轭镜进行全息关联存储实验.实验表明:存储系统具有实时处理,成像质量好,信噪比高和能反复使用等优点.     

Mg:Ce:Fe:LiNbO3晶体生长及其全息存储性能

在同成分LiNbO3(LN)中,掺入MgO的摩尔分数分别为0,2%,4%,6%,掺入(质量分数)0.1?O2和0.08?2O3,采用提拉法生长了优质的Mg:Ce:Fe:LN晶体.检测了Mg:Ce:Fe:LN晶体的红外透射光谱和光损伤阈值.结果表明:6%Mg:0.1?:0.08?:LN晶体的OH-振动吸收峰紫移到3 532cm-1,其光损伤阈值比Ce:Fe:LN晶体提高2个数量级以上.用二波耦合光路测试晶体的衍射效率,写入时间和擦除时间.计算了光折变灵敏度和动态范围.结果表明:Mg:Ce:Fe:LN晶体全息存储性能优于Fe:LN晶体和Ce:Fe:LN晶体.以4%Mg:0.1?:0.08?:LN晶体作为全息记录材料,实现了总存储页面为3 200幅图像的存储,再现图像清晰完整.     

Ce:Fe:LiNbO3晶体的生长及光折变性能

在氧化锂(Li2O)摩尔分数(下同)为48.6%～58%的LiNbO3中掺入0.1%的氧化铈(CeO2)和质量分数为0.03%的氧化铁(Fe2O3),用提拉法技术生长出高光学质量的具有不同摩尔比n(Li)/n(Nb)的Ce:Fe:LiNbO3晶体.通过紫外-可见光谱和红外光谱测试了晶体样品的组成和缺陷结构.通过二波耦合实验系统研究了Ce:Fe:LiNbO3晶体样品的光折变性能.结果表明:晶体样品随n(Li)/n(Nb)比增加,样品的衍射效率降低,动态范围降低,但是,全息响应速率和光折变灵敏度提高.     

双掺铜锰铌酸钾锂晶体的高光折变增益

在铌酸钾锂(potassium lithium niobate,KLN)中掺入CuO和MnCO3,以提拉法首次生长了Cu:Mn:KLN晶体.用X射线衍射测试并计算了晶体的晶格常数,并以二波耦合实验光路测试了晶体的指数增益系数和响应时间.结果表明:Cu:Mn:KLN晶体的3个晶格常数均比KLN晶体的小;Cu离子和Mn离子在KLN晶体中取代了K 并占据K 位,两种掺杂离子掺入晶体后,减少了晶体的开裂程度.Cu:Mn:KLN晶体的指数增益系数比KLN晶体要提高约2倍,其响应速度比KLN晶体快一个数量级.Cu:Mn:KLN晶体指数增益系数有薄晶片效应,即:晶片厚度变薄时,指数增益系数增加,用光爬行效应对该效应进行了解释.     

氧化还原处理对Mg:Ce:Cu:LiNbO3晶体光折变性能的影响

在同成分铌酸锂(LiNbO3,LN)晶体中,掺入的摩尔分数分别为0.1%.3%,6%MgO,掺入0.1%(质量分数,下同)CuO和0.05%CeO2.采用提拉法生长了优质的Mg:Ce:Cu:LN晶体,对生长后的晶体极化后分别进行了氧化和还原处理.测定了Mg:Ce:Cu:LN晶体的紫外-可见光吸收光谱和光折变性能.结果表明:与未经氧化和还原处理的晶体相比,在掺MgO量为1%和3%时.经氧化处理的晶体的吸收边发生了紫移,经还原处理的晶体的吸收边发生了红移;而在掺MgO量为6%时,氧化处理后晶体的吸收边紫移趋势小明碌.氧化处理后晶体的抗光损伤能力R减弱,而还原处理后晶体的R增强:而当掺入MgO为6%时,Mg:Ce:Cu:LN晶体的R最大,Mg:Ce:Cu:LN晶体的R比Ce:Cu:LN晶体高2个数量级.结合铌酸锂晶体的锂空位缺陷模型解释了有关实验结果.     

近化学计量比Fe:Mg:LiNbO3晶体生长与其存储性能

在LiNbO3(LN)中分别掺入0.5%(摩尔分数,下同),1%和2% MgO,0.03%(质量分数)Fe2O3,配料中n(Li)/n(Nb)=1.38,采用顶部籽晶溶液生长法生长近化学计量比Fe:Mg:LiNbO3(near-stoichiometric Fe:Mg:LiNbO3,Fe:Mg:SLN)晶体。测试了晶体的红外光谱、抗光损伤能力和存储性能。结果表明:Fe:2%Mg:LN晶体的OH-吸收峰移到3535cm-1,抗光损伤能力比Fe:LN提高3个数量级。Fe:0.5%Mg:LN晶体的灵敏度、动态范围和抗光损伤能力比Fe:LN晶体分别高2.5倍,2倍和1个数量级。以Fe:2%Mg:LN晶体和Fe:LN晶体分别作为存储介质,进行大容量存储实验。在一个公共体积内实现1200幅体全息图的存储。Fe:2%Mg:LN晶体的存储质量优于Fe:LN晶体。     

In:Ce:Mn:LiNbO3晶体的全息存储性能

原料采用固液同成分配比,在LiNbO3（LN）晶体中掺入质量分数为0．1％CeO2和0．015％MnCO3,摩尔分数分别为0,1％,2％和3％的In,用提拉法生长In：Ce ：Mn ：LN晶体。测试了In ：Ce ：Mn ：LN晶体的红外透射光谱和抗光损伤能力。结果表明：3％In ：Ce ：Mn ：LN晶体的OH振动吸收峰紫移到3508cm^-1位置;其抗光损伤能力比Ce ：Mn ：LiNgO3晶体提高2个数量级以上。利用二波耦合光路测试晶体的写入时间（τw）、擦除时间（τc）和衍射效率（η）,计算晶体的动态范围（M^#）,研究In^3＋掺量对Ce ：Mn ：LN晶体光折变性能的影响。结果表明：In ：Ce ：Mn ：LN晶体是比Ce ：Mn ：LN晶体综合性能更好的全息存储材料。