近化学计量比铌酸锂晶体生长与性质研究

论文摘要

LiNbO3（LN）晶体是一种优良的多功能晶体，具有优良的压电性能、非线性光学性能、电光及光折变性能等。可以用提拉法生长出大尺寸同成分LN晶体，而且LN晶体具有良好的热稳定性，化学稳定性和机械稳定性。基于上述优点，LN晶体在非线性光学、光电子技术、通信领域和光存储领域获得广泛的应用。 LN晶体是一种典型的非化学计量比晶体。一般条件下提拉法生长的同成分LN晶体（CLN）是在固液同成分配比原料中生长的，Li离子的缺失造成晶体中存在大量的空位缺陷，使LN晶体的许多物理性能受到很大影响。研究表明，随着LN晶体中Li元素含量的提高，其性能有了很大程度的提高。鉴于以上背景，人们十分希望长出低缺陷浓度的近化学计量比LN（NSLN）晶体。NSLN晶体的生长与性能研究已成为国际晶体研究的一个热点。本论文对NSLN晶体及其掺杂晶体的生长、结构、缺陷及性质（基本物理性质及光学性质）进行了系统的研究，并探讨了其应用，主要包括以下几方面工作： 一．晶体生长 通过控制合适的生长工艺参数，采用连续加料提拉法，利用自行研制的悬挂坩埚连续加料系统，在富锂熔体中生长出直径为两英寸的高质量的近化学计量比铌酸锂晶体。 晶体生长是一个复杂的物理—化学过程，本文结合晶体生长热力学和动力学，系统讨论了在生长过程中影响晶体生长质量的主要因素，探索出适合富锂熔体中提拉法生长近化学计量比铌酸锂晶体的工艺方法。其中，建立合理的温场是生长优质单晶的前提；控制合适的生长工艺参数是晶体生长的关键；选用优质籽晶，采用合适的原料合成工艺，控制原料组分以及避免组分过冷是提高晶体质量的保证。 二．晶体的化学组成及组分均匀性，晶体生长工艺的改进 通过对晶体介温谱，紫外吸收光谱，OH-吸收谱，常温和高温拉曼光谱的测量，证实了晶体的组分达到近化学计量比，并利用紫外吸收边和居里温度测定晶体中的Li含量达到了49.87％（Li／[Li+Nb]）。通过对晶体紫外吸收边和生长前后原料熔点的测量，发现造成晶体底部径向分布不匀的主要因素是Li离子的

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 铌酸锂晶体的应用现状
• 1.2 近化学计量比铌酸锂晶体的优势及应用前景
• 1.3 近化学计量比铌酸锂晶体的研究线状
• 1.4 本论文的研究工作
• 第二章 近化学计量比铌酸锂晶体的生长
• 2.1 近化学计量比铌酸锂晶体的生长方法
• 2.2 晶体生长
• 2.2.1 生长方法与装置
• 2.2.2 原料合成
• 2.2.3 单晶生长
• 2.3 影响晶体生长的因素
• 2.4 本章小结
• 第三章 温场模拟和悬挂坩埚连续加料系统的建立
• 3.1 ANSYS软件与热分析
• 3.2 双坩埚连续加料系统的建立
• 3.2.1 单坩埚晶体生长系统的温度分布
• 3.2.2 加入内坩埚后系统温场的变化及改进措施
• 3.2.3 连续加料系统的建立及其对温场的影响
• 3.3 本章小结
• 第四章 晶体组分测量
• 4.1 晶体组分测定
• 4.1.1 居里温度测量
• 4.1.2 紫外吸收边测量
• 4.1.3 其他几种测量方法
• 4.2 晶体组分均匀性控制
• 4.3 本章小结
• 第五章 晶体结构、缺陷及畴结构研究
• 5.1 晶体结构
• 5.1.1 X射线测定晶体结构
• 5.1.2 拉曼光谱的测量与分析
• 5.2 晶体的缺陷
• 5.2.1 晶体缺陷研究的常用方法
• 5.2.2 晶体缺陷的观测与分析
• 5.3 晶体畴结构与本征缺陷研究
• 5.4 本章小结
• 第六章 近化学计量比铌酸锂晶体的基本物理性质
• 6.1 线性光学性质
• 6.1.1 折射率
• 6.1.2 透过和吸收特性
• 6.1.3 光学均匀性
• 6.2 热学性质
• 6.2.1 熔点、熔化热和熔化熵测量
• 6.2.2 比热和热膨胀
• 6.2.3 热扩散与热导率
• 6.3 电学与电光性能
• 6.4 本章小结
• 第七章 掺杂近化学计量比铌酸锂晶体的光学性质及畴结构研究
• 7.1 掺镁近化学计量比铌酸锂晶体的光学性质
• 3+，Nd³⁺，Dy³⁺离子掺杂的SLN晶体'>7.2 Er³⁺，Nd³⁺，Dy³⁺离子掺杂的SLN晶体
• 7.2.1 J-O理论简介
• 3+，Nd³⁺，Dy³⁺离子掺杂SLN晶体的光谱性能'>7.2.2 Er³⁺，Nd³⁺，Dy³⁺离子掺杂SLN晶体的光谱性能
• 7.3 掺杂近化学计量比铌酸锂晶体中畴结构的观察
• 7.4 本章小结
• 第八章 结论和有待进一步开展的工作
• 8.1 主要结论
• 8.2 创新点
• 8.3 有待进一步开展的工作
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情祝表