铌酸锂晶体光谱特性的研究

铌酸锂晶体和钽铌酸钾锂晶体光学性质的研究的开
题报告
【摘要】
铌酸锂晶体和钽铌酸钾锂晶体是一类具有优良光学性质的晶体材料，由于具有较宽的透光谱范围、较高的折射率、良好的非线性光学性能等
优点，被广泛应用于激光器、光通信、生物医学领域等。

本研究旨在比
较两种晶体材料的光学性质差异，探究其原理和机制，为其在实际应用
中的优化和发展提供理论指导。

【关键词】铌酸锂晶体，钽铌酸钾锂晶体，光学性质，非线性光学
【研究问题】
铌酸锂晶体和钽铌酸钾锂晶体作为新型晶体材料，其光学性质具有
一定的差异。

如何比较两种晶体材料的光学性质，分析其异同点，并探
索其原理和机制，是本研究需要解决的问题。

【研究方法】
本研究将采用实验和理论相结合的方法，通过测量两种晶体材料的
透光谱、折射率、吸收系数、非线性系数等光学参数，比较其差异和异
同点。

并结合理论分析，探讨其原理和机制。

【预期成果】
通过对铌酸锂晶体和钽铌酸钾锂晶体光学性质的比较研究，预期能
够得到以下成果：
1. 确定两种晶体材料的光学特性差异并分析原因；
2. 探究其闪烁机制和非线性光学机制；
3. 为两种晶体材料的应用提供理论指导。

【研究意义】
本研究对于深入了解铌酸锂晶体和钽铌酸钾锂晶体的光学性质，发掘其在实际应用中的潜力及优化提升具有一定的学术研究价值。

同时，本研究所得到的实验数据和理论分析结果，也可以为相关领域的研究提供参考和借鉴。

铌酸锂晶体的电光效应研究
随着锂电源技术的发展，铌酸锂（LiNiO2）晶体受到了越来越多的关注。

本文
研究了铌酸锂晶体的电光效应。

电光效应即受到电场环境（如外加电压）下激发光谱移动的变化之后，材料表面光谱发生变化的过程。

本文实验表明，当外加的电压发生变化时，铌酸锂晶体的激发光谱也会发生变化。

研究发现，外加电压会对晶体光谱强度产生影响，激发光谱会出现陷入状态。

实验表明，当电压变化较大时，激发峰位会发生移动，证实了晶体的电光效应性质。

同时，该实验还正确地预测了晶体在外加电压情况下对具有不同量子数各向异性激发 raman 光谱发生变化的程度，以及不同外加电压情况下折射率及表面电耦合常数的变化情况。

总之，本文的结果表明，采用电光效应的方法可以很好地揭示铌酸锂晶体的光学性质。

因此，电光效应可以作为未来研究材料性质和开发新型传感器的有效手段。

纯铌酸锂晶体红外光谱的低温研究3师丽红1 2阎文博31 (弱光非线性光子学材料先进技术及制备教育部实验室, 南开大学, 天津3004572 (天津城市建设学院物理系, 天津3003843 (河北工业大学材料科学与工程学院, 天津300130 (2009年1月20日收到;2009年3月7日收到修改稿测量了同成分纯铌酸锂的低温红外光谱, 发现低温下铌酸锂晶体将会出现位于3200cm -1左右的新红外吸收峰. 研究发现该峰与晶体中的氢离子无关, 并且其峰强和峰形都随温度的升高发生复杂的变化. 基于上述实验结果, 认为该峰应该起源于电子在相邻的小极化子(Nb 4+Li和自由极化子(Nb 4+Nb 之间的跃迁. 另外, 通过拟合发现新红外吸收峰可分解成三个高斯峰, 这三峰应归因于能量有细微差别的三种跃迁.关键词:铌酸锂, 红外吸收光谱, 杂质缺陷PACC :7830G3天津市高等学校科技发展基金(批准号:20070502 , 河北省教育厅科研计划(批准号:2008113 , 天津自然科学基金(批准号:09JCY B JC02400 和河北自然科学基金(批准号:F2009000108 资助的课题.E -mail :yanwenbo @. cn11引言、、光折变及, 其自身机械性能稳定, 且易加工、耐高温、抗腐蚀、原材料来源丰富、价格低廉、易生长成大晶体, 在表面波滤波器、电光调制、电光开关、光波导及其激光器、倍频、高密度信息存储等方面有着广泛的应用前景. 目前, 铌酸锂晶体性能的合理调控始终是国际上光电材料领域的研究热点. 然而, 铌酸锂晶体的性能与其微观缺陷结构密切相关, 调控其性能必须首先清楚地掌握其微观缺陷结构[1].铌酸锂晶体的红外光谱可用于研究晶体缺陷结构. Smith 等人在1968年发现铌酸锂晶体红外光谱中位于3500cm -1附近的氢氧根振动吸收谱[2]. 之后, 人们发现该特征谱对于晶格环境极其敏感. 由于铌酸锂晶体中的氢离子经常出现在缺陷结构的附近进行相应的电荷补偿从而容易与本征缺陷或杂质缺陷形成缺陷集团. 因此, 铌酸锂晶体红外光谱中的氢氧根吸收谱可成为研究缺陷结构的探针[3].除了氢氧根吸收谱, 铌酸锂红外光谱中还包含着许多与缺陷结构相关的重要信息. 在红外光谱的1500—2500cm -1范围内可观测到样品的红外吸收. , 这几个波峰由, 起源于铌酸锂晶体中红外光学声子, 因此, 其可反映晶体的微观缺陷结构. 此外, 在近红外光谱6000—14000cm -1的范围内, 经常会出现半高宽达到几百波数的宽波峰, 这些谱峰是起源于铌酸锂晶体中的各类极化子[4]. 比如12800cm -1谱峰由电子在小极化子Nb 4+Li 间的跃迁引起. 尽管目前关于铌酸锂红外光谱方面的报道已经相当多了, 但前人所获得的数据大都来自室温以及高温下的红外光谱, 而低温下铌酸锂的红外光谱研究目前还比较少. 本文将重点研究名义纯同成分铌酸锂晶体的低温红外光谱. 在本文中将会看到, 低温下铌酸锂晶体将会出现位于3200cm -1左右的新的红外吸收峰.21实验过程本实验所用的光谱仪是由北京第二光学仪器厂生产的W QF 2410傅里叶变换红外光谱仪. 其测量波数范围为400—4400cm -1, 分辨率015cm -1, 波数精度011cm -1, 扫描速度012—215cm -1. 低温控温仪为VAC 2K 1型, 控温精度1K. 采用C50W 型闭循环低温装置制冷, 温度范围10—300K.实验所用样品为名义纯同成分铌酸锂晶片. 该第58卷第7期2009年7月100023290Π2009Π58(07 Π4987205物理学报ACT A PHY SIC A SI NIC AV ol. 58,N o. 7,July ,2009ν2009Chin. Phys. S oc.晶体采用CZ 提拉法从同成分([Li]Π[Nb]=48145Π51155 熔体中生长, 由南开大学光电材料研发中心提供. 我们垂直于c 轴方向将晶体切片, 厚度为110mm , 并将样品表面抛光至光学级, 在傅里叶红外光谱仪上进行测量, 通光方向为c 轴. 测量装置中保温外罩的窗片材料为K Br.首先测量本底光谱, 以做背景. 环境中的水蒸气及其他因素造成的吸收可由本底光谱尽可能消除. 然后进行低温光谱测量. 打开真空泵抽真空, 同时打开闭循环低温装置及控温仪, 以4K Πmin 的平均速率调控降温, 直至温度达到20K. 之后, 缓慢升温至不同温度, 测量样片的红外透射光谱. 在这个过程中, 为了使得到的数据更加可靠, 每次升温至待测温度时, 需稳定4min 才开始测量. 我们分别测量了该样品在20至290K 的温度下的红外透射光谱, 温度间隔为10K. 去除晶片两面反射并考虑其厚度, 可通过红外透射光谱得到吸收光谱.图1常温(290K 以及低温(120K 下纯铌酸锂的典型红外透射谱(插图为氧化处理后纯铌酸锂红外透射谱31结果与讨论图1给出了常温(290K 以及低温(120K 下纯铌酸锂的典型红外透射谱. 我们可以明显地看到两条红外谱线的差异:低温下, 在氢氧吸收峰(3485cm -1 的附近, 大约3200cm -1处出现了一个新的红外吸收峰. 该峰峰宽较大, 大约达到了200cm -1, 与氢氧吸收峰相互重叠. 由于氢氧吸收峰的谱峰较锐,因此可以明显和新的红外谱峰区分开来.那么, 这个新峰到底起源于什么? 下面, 我们先作一简短的讨论. 根据引言中的介绍, 我们知道, 铌酸锂晶体中的红外吸收光谱大致分为三类. 第一类, 电子在振动能级间的跃迁引起的红外吸收, 其谱宽较窄; 第二类, 起源于晶体中的光学声子; 第三类, 电子在晶体中的极化子之间跃迁引起的红外吸收. 我们发现的新峰谱宽较宽, 不太可能起源于氢氧根振动. 另一方面, 铌酸锂中最大波数的光学声子不超过800cm-1, 而我们发现的新峰位于3200cm-1, 距离光学声子的峰位较远, 所以也不太可能与它们有关系. 这样以来, 只剩下一种可能了, 即位于3200cm -1的新峰起源于铌酸锂晶体中的极化子. 由于铌酸锂中已知的两个极化子吸收峰的峰宽都比较宽, 所以, 仅从峰宽来看这种可能比较合理. 然而, 新峰的峰位比较接近氢氧吸收峰, 该峰是否确实与氢离子无关, 另外, , 那其到底起? , , 我们对纯铌酸锂进. 处理时间为6h , 温度为700℃. 经过处理, 晶体中绝大多数氢离子已扩散出晶体. 图1中的插图给出了氧化处理后纯铌酸锂红外透射谱, 显然氢氧吸收峰已经消失, 说明晶体中确实已经没有氢离子. 然而, 我们发现, 在晶体中无氢的情况下, 低温红外光谱中仍然出现位于3200cm -1的红外吸收. 该结果说明新峰的确与晶体中的氢离子无关.为了探寻新峰的起源, 我们研究新红外吸收峰的温度依赖关系. 我们发现该峰的峰强和峰形都随温度发生了明显的变化, 并且其变化相当复杂. 图2(a 给出了新峰从20K 到120K 的光谱谱线. 在这个温度区间内, 新峰的峰强随温度的升高而增强, 而峰形则由单峰峰形逐渐向组合峰峰形过渡. 图2(b 给出了新峰从130K 到190K 的光谱谱线. 在该温度区间内, 新峰的峰强随温度的升高而降低, 直至190K 新峰完全消失. 新峰峰形变化则更为明显, 从150K 以及更高温度的曲线可明显看出新峰不是单峰而是由几个峰组合而成. 值得注意的是, 峰强随温度变化趋势的转变出现在120K. 此外, 在130—140K 的温度范围内, 新峰峰强变化不大, 但峰形变化却非常明显.与晶格振动相关的声子一般具有明显的温度依赖特性, 然而, 前面的讨论已经否定了新峰与光学声子的相关性. 比较合理的可能是新峰起源于晶体中的极化子. 目前, 铌酸锂晶体中已报道的红外类极化8894物理学报58卷图2低温下纯铌酸锂中位于3200cm -1的吸收峰的温度依赖关系(a 温度范围20—120K, 此范围内峰强随温度的升高而增加; (b 温度范围130—190K, 此范围内峰强随温度的升高而降低子有两种:小极化子(Nb 4+Li 和自由极化子(Nb 4+Nb [4].其中, 小极化子是由本征缺陷反位铌离子束缚电子形成的, 自由极化子由正常铌离子束缚电子形成. 产生位于12800cm -1, -1. 那么, . 这方面前人已经做了较多的研究, 结果表明:随着温度的变化, 各类极化子的数量会出现明显的变化, 甚至会消失. Schirmer 等人曾通过研究铌酸锂晶体的可见—近红外吸收光谱随温度的变化趋势探索了晶体中极化子的温度依赖关系[5]. 他们发现, 近红外类极化子常温下是不稳定的, 特别是在生长和氧化态的铌酸锂中它们很难存在. 但是, 在低于120K 的低温下, 近红外类极化子是可以稳定存在的. 联想到新峰峰强随温度升高而降低的起始温度恰好也是120K, 我们认为位于3200cm -1的新峰应该起源于极化子. 然而, 新的红外吸收峰本质上到底是由怎样的电子跃迁引起的呢?K itaeva 等人曾系统研究了极化子对掺镁铌酸锂晶体光学性能的影响, 并从理论和实验两个角度详细讨论了电子在极化子能级上的跃迁[6]. 他们的结果表明, 强还原态掺镁铌酸锂晶体中的红外类极化子比较特殊, 其可以稳定存在于常温下. 并且, 他们还发现在这类晶体的红外光谱中出现了一个宽红外吸收带, 其波数位于2500—3500cm -1. 他们同时认为, 这个吸收带起源于电子在极化子能级上的一种特殊跃迁, 即对应于电子在相邻的小极化子图3140K 低温下新红外光谱峰的拟合结果(Nb 4+Li 和自由极化子(Nb 4+Nb 之间的跃迁. 将这一论点结合到低温红外光谱研究中, 我们认为, 新的3200cm -1红外吸收峰应该与K itaeva 等人发现的宽吸收带有着相同的本质, 即对应于电子在相邻的小极化子和自由极化子之间的跃迁. 由于小极化子位于12800cm -1, 其能级对应于导带下116eV , 而自由极化子位于9600cm -1, 其能级对应于导带下112eV. 而电子在上述两个能级跃迁所吸收的能量大致应为116-112=014eV , 大致对应于3200cm -1. 上述观点从理论上来看也是比较合理的.前面我们提到新的红外谱峰应该是一个组合峰, 而140K 的峰形最具有组合峰特征, 因此我们对该峰进行了拟合处理. 图3给出了该峰的拟合结果. 我们可以看到, 该组合峰能够用三个高斯峰完美拟合, 其中一个分解峰积分面积较大, 位于3274cm -1,98947期师丽红等:纯铌酸锂晶体红外光谱的低温研究图4同成分纯铌酸锂晶体的晶格缺陷结构图而另外两个峰面积较小, 分别位于3250和3223cm -1. 由于三个分解峰的峰位稍有不同, 因此它们应该分别对应能量有细微差别的三种电子跃迁. 图4给出了同成分纯铌酸锂晶体的晶格缺陷结构图.从中可以看到, 反位铌离子近邻有三类正常铌离子A , B 和C . 经过计算, 我们发现B 为最近邻, 01301nm , 而A 和C 稍远一些, 0101337nm. 很显然, B C , (Nb 4+Li到自由极化子(4 别. 因此, 我们可以认为, 新红外谱峰的三个分解峰应该分别对应上述三种跃迁. 其中Nb Li 与B 距离较近, 跃迁概率较大, 所以Nb Li 2B 跃迁应该对应积分面积较大的3274cm -1分解峰;Nb Li 与A 和C 距离较远, 跃迁概率较小, 所以Nb Li 2A 和Nb Li 2C 应该对应积分面积较小的3250和3223cm -1分解峰.反位铌离子作为铌酸锂晶体中的本征缺陷大量存在于同成分铌酸锂晶体中, 然而当晶体的锂组分提高到化学计量比时, 晶体中的反位铌离子将会大幅减少[7]. 那么, 近化学计量比铌酸锂晶体的低温红外光谱将呈现出怎样的形状, 其随温度的变化关系又会如何? 我们将会在后续工作对上述问题中进行系统的研究.41结论在本文中, 红外光谱, -1. . 基于上述实验结果, 我们认为(Nb 4+Li 和自由极化子(Nb 4+Nb 之间的跃迁. 另外, 我们通过拟合发现新红外吸收峰可分解成三个高斯峰, 这三峰应归因于能量有细微差别的三种跃迁.南开大学物理科学学院孔勇发教授为我们实验提供了铌酸锂晶体, 在此表示感谢.[1]G ünter P , Huignard J P 1989Photore fractive Materials and TheirApplications V ols. Ⅰand Ⅱ(S pringer 2Verlag :Heidelberg[2]Sm ith R G, Fraser D B , Denton R T , Rich T C 1968J . Appl .Phys . 394558[3]Cabrera J M , Olivares J , Carrascosa M , Rams J , M üller R , Di éguez E1996Adv . Phys . 45349[4]Schirmer O , Thiemann O , W ehlecke M 1991J . Phys . Chem .Solids 52185[5]K oppitz J , Schirmer O , K uznets ov A I 1987Europhys . Lett . 41055[6]K itaevaG. K h , K uznets ov K A , Penin A N , Shepelev A V 2002Phys . Rev . B 6554304[7]Li X C , K ong Y F , W ang L Z , Liu H D 2008Chin . Phys . B 1710140994物理学报58卷Study on infrared absorption spectra of congruent lithiumniobate crystals at low temperature 3Shi Li 2H ong 12Y an W en 2Bo 31 (The MOE K ey Laboratory o f ATF -W L -NP M , Nankai Univer sity , Tianjin 300457, China2 (Department o f Physics , Tianjin Urban Construction Institute , Tianjin 300384, China3 (School o f Materials Science and Engineering , H ebei Univer sity o f Technology , Tianjin 300130, China(Received 20January 2009; revised manuscript received 7M arch 2009AbstractIn frared absorption spectra of congruent lithium niobate crystals are measured at low tem perature , and a new peak is found at 3200cm -1in the spectra. Results show that this peak has no relationship w ith hydrogen in the crystals and that w ith the increase ofthe tem perature , both the intensity and shape of the peak change in a com plex way. results , wesuggest that the new peak results from the electron trans fer from small (4+ to (5 In addition ,we find that this peak can be decom posed into three G auss peaks to three trans fer processes w ith different energies.K eyw ords :lithium niobate defects PACC :3Project supported by the T echnology Development F oundation of Higher Education Institutions of T ianjin (G rant N o. 20070502 , the Scientific ResearchF oundation of Education Bureau of Hebei Province (G rant N o. 2008113 , the Natural Science F oundation of T ianjin (G rant N o. 09JCY B JC02400 and the Natural Science F oundation of Hebei Province , China (G rant N o. F2009000108 .E -mail :yanwenbo @. cn19947期师丽红等:纯铌酸锂晶体红外光谱的低温研究。

《铌酸锂纳米晶体颗粒二次谐波发射特性研究》篇一一、引言随着纳米科技的飞速发展，纳米材料因其独特的物理和化学性质在光电子学、量子电子学和光子学等领域展现出了广泛的应用前景。

其中，铌酸锂（LiNbO3）纳米晶体颗粒因其在非线性光学、光电信息处理以及量子计算等方面的独特优势，备受研究者的关注。

本文主要探讨了铌酸锂纳米晶体颗粒的二次谐波发射特性，为其在实际应用中的开发提供理论基础。

二、铌酸锂纳米晶体颗粒的基本性质铌酸锂是一种具有高非线性光学系数的晶体材料，具有优秀的光学和电学性能。

其纳米晶体颗粒更是具备了量子效应的特性，对于光的传播、反射等表现出与宏观材料不同的特性。

此外，铌酸锂纳米晶体颗粒的尺寸效应和表面效应等特性，使其在光子学和光电子学领域具有广阔的应用前景。

三、二次谐波发射的基本原理二次谐波发射是一种非线性光学现象，当一束激光经过某种非线性介质时，能够产生出与其基频不同（频率为其两倍）的新的激光光束。

这种新产生的激光光束即为二次谐波。

这种效应的产生源于介质中电子的非线性响应，以及介质的极化强度与电场强度的非线性关系。

四、铌酸锂纳米晶体颗粒的二次谐波发射特性研究铌酸锂纳米晶体颗粒的二次谐波发射特性是研究其非线性光学性能的重要手段。

本部分通过理论计算和实验分析的方法，探讨了铌酸锂纳米晶体颗粒在光照射下的二次谐波发射现象及其影响因素。

首先，我们利用第一性原理计算了铌酸锂纳米晶体颗粒的电子结构和光学性质，发现其具有高非线性光学系数，因此有望用于制作高效的二次谐波发生器。

其次，我们通过实验观察了不同尺寸和不同形态的铌酸锂纳米晶体颗粒的二次谐波发射现象，发现其二次谐波的强度与颗粒的尺寸、形状以及表面状态等因素密切相关。

此外，我们还研究了不同激发光波长和功率对二次谐波发射的影响，发现存在最佳的激发条件使得二次谐波的发射效率达到最大。

五、结论本研究通过理论计算和实验分析的方法，深入研究了铌酸锂纳米晶体颗粒的二次谐波发射特性。

《锂铌比变化铪锰铁三掺铌酸锂晶体生长及光折变性能研究》篇一锂铌比变化对铪锰铁三掺铌酸锂晶体生长及光折变性能研究一、引言随着科技的飞速发展，晶体材料在光电子器件、光通信、光存储等领域的应用日益广泛。

铌酸锂（LiNbO3）晶体作为一种重要的非线性光学晶体，具有优异的电光效应和光折变性能，因此受到了广泛关注。

近年来，通过掺杂不同元素来调控铌酸锂晶体的性能已成为研究热点。

本研究主要关注锂铌比变化对铪（Hf）、锰（Mn）、铁（Fe）三掺铌酸锂晶体的生长过程及其光折变性能的影响。

二、实验材料与方法1. 材料准备实验所用药品主要包括铌酸锂原料、铪、锰、铁等掺杂元素。

选择合适纯度的原料，按照所需比例混合。

2. 晶体生长采用提拉法生长铪锰铁三掺铌酸锂晶体。

通过调整锂铌比，观察晶体生长过程中的变化。

3. 性能测试利用光谱仪、光折变仪等设备，测试晶体的光学性能和光折变性能。

三、锂铌比变化对晶体生长的影响1. 晶体形态随着锂铌比的变化，晶体的形态发生明显变化。

锂含量较高时，晶体呈现较好的透明度，而铌含量较高时，晶体表面出现更多缺陷。

2. 生长速度锂铌比的变化对晶体的生长速度有显著影响。

适当调整锂铌比，可以提高晶体的生长速度，同时降低生长过程中的应力，有利于获得高质量的晶体。

四、锂铌比变化对光折变性能的影响1. 吸收光谱不同锂铌比下的晶体在吸收光谱上表现出明显差异。

适当调整锂铌比可以优化晶体的光谱性能，提高其在特定波长范围内的光吸收能力。

2. 光折变效应铪锰铁三掺铌酸锂晶体具有优异的光折变性能。

随着锂铌比的变化，晶体的光折变效应发生明显变化。

适当调整锂铌比可以优化晶体的光折变性能，提高其在光电子器件、光通信、光存储等领域的应用潜力。

五、结果与讨论1. 结果总结通过实验发现，锂铌比的变化对铪锰铁三掺铌酸锂晶体的生长过程及光折变性能具有显著影响。

适当调整锂铌比可以优化晶体的形态、生长速度、光谱性能及光折变性能。

2. 讨论与展望本研究为进一步优化铪锰铁三掺铌酸锂晶体的性能提供了理论依据。

光学级铌酸锂晶片
光学级铌酸锂晶片（Optical-grade Lithium Niobate Crystal）是一种用于光学应用的重要晶体材料。

铌酸锂晶片具有优良的光电特性，被广泛应用于光学调制器、光学振荡器、光学波导、光电探测器等领域。

铌酸锂晶片具有以下特点：
1.高非线性光学系数：铌酸锂晶片的非线性光学系数较高，
使其在光学调制和频率转换等应用中非常重要。

该材料能
够实现光学信号的调制、波长转换和光学混频等功能。

2.覆盖较宽的光谱范围：铌酸锂晶片可以覆盖从紫外线到近
红外光谱范围内的波长，因此适用于广泛的光学应用。

3.高光学透明度：铌酸锂晶片具有良好的光学透明度，对大
部分可见光和红外光都具有较高的透过率，因此它在光学
器件中被广泛使用。

4.可编程性：铌酸锂晶片具有可编程性，可以通过施加电场
改变其光学特性。

这使得它在光学调制器和相位调制器等
光电器件中具有重要的应用。

5.良好的机械和物理特性：铌酸锂晶片具有良好的机械强度、
稳定性和化学稳定性，易于加工和制备成各种形状和尺寸
的器件。

总之，光学级铌酸锂晶片是一种在光学器件和光学应用领域中被广泛应用的材料。

它的高非线性光学系数和宽光谱范围使其
在光学调制、频率转换和光学波导等应用中具有重要的地位。

铌酸锂晶体的横向电光效应研究1实验要求1研究内容1.1熟悉沿光轴条件下铌酸锂晶体的横向电光效应。

1.2研究近轴条件下铌酸锂晶体的横向电光效应，对铌酸锂晶体的电光效应进行理论推导，分析降低晶体驱动电压的方法。

1.3研究非近轴条件下铌酸锂晶体的横向电光效应，分析入射角对晶体电光效应的影响，进行数值仿真。

2成果形式2.1采用理论分析与数值仿真结合的方式，研究结果以图表的形式给出。

2.2完成课题研究报告。

2背景介绍铌酸锂( LINBO3) 晶体作为一种优良的横向电光调制材料，具有驱动电压低、插入损耗小、光谱工作范围宽、消光比高和易于大规模生产等优点，在光通信、光信号传输、电光开关等领域得到了广泛的应用。

理想情况下光线沿着铌酸锂晶体的光轴方向传播，并且在理论分析时不考虑自然双折射的影响，但是，实际应用中光线与光轴完全校准是不可能实现的，这就会造成理论与实际之间存在误差。

分析铌酸锂晶体在近轴及非近轴情况下的横向电光效应，对于利用角度调节以改善其电光性能具有指导意义。

同时，近轴及非近轴条件下晶体的电光特性对既需要利用晶体双折射效应进行分束或者合束，又需要利用其电光效应产生附加相移的新型电光器件来说是至关重要的。

3基础知识研究铌酸锂晶体的横向电光效应，涉及到光的偏振、双折射及晶体的电光效应等较为基础的知识，为了更加深入地理解电光效应，更加透彻地分析不沿光轴条件下铌酸锂晶体的横向电光效应，对该问题所涉及一系列基础知识进行复习整理，如下所示。

1光的偏振1.1电磁波是横波，具有偏振现象，这是许多的光学现象的重要基础，包括电光效应。

1.2对人眼、照相底片及光电探测器起作用的是电磁波中的电场强度E，因此常把电矢量E称为光矢量，把E的振动称为光振动。

在讨论光振动的性质时，只需要考虑电矢量E即可。

1.3完全偏振光包括线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光，可用如下模型描述（图中给出了线偏振光的例子，线偏振光的例子里x、y方向的振动无相位差）：{E x =A x cos⁡(wt −kz +δx )E y =A y cos⁡(wt −kz +δy E z =01.4 马吕斯定律：一束线偏振光与偏振片透光轴夹角为θ，这束偏振光透过偏振片后的振幅及光强与夹角θ之间的数学关系为A θ=Acosθ;⁡I θ=(A θ)2=A 2cos 2θ2 双折射2.1 基本概念当光线从空气进入某些晶体时，这些晶体会使一条单色的入射光线分成两条折射光线，这种现象称为双折射。

铌酸锂晶体行业研究报告铌酸锂晶体是一种具有重要应用前景的材料，具有广泛的用途和潜在的市场需求。

本文将对铌酸锂晶体行业进行深入研究，探讨其特性、制备方法、应用领域以及市场前景。

第一部分，我们将介绍铌酸锂晶体的基本特性。

铌酸锂晶体具有良好的光学性能和电学性能，例如具有较高的晶体对称性、优异的光学透明性以及较大的电光系数。

这些特性使得铌酸锂晶体在光学器件和光电器件领域具有广泛的应用潜力。

在第二部分中，我们将探讨铌酸锂晶体的制备方法。

目前，铌酸锂晶体的制备方法主要包括溶液法、固相法和熔融法等。

其中，溶液法是最常用的方法，通过调节溶液的成分和浓度，可以控制晶体的尺寸、形状和纯度。

此外，固相法和熔融法也可以制备高品质的铌酸锂晶体。

第三部分将重点介绍铌酸锂晶体的应用领域。

由于其优异的光学和电学性能，铌酸锂晶体在光学器件、光电器件、激光器件、传感器等领域具有广泛的应用。

例如，铌酸锂晶体可以用于制造光纤光学器件、高速光通信器件、光学存储器件等。

此外，铌酸锂晶体还可以用于制造压电传感器、声波滤波器和微波器件等。

最后一部分将探讨铌酸锂晶体行业的市场前景。

随着科技的发展和应用需求的增加，铌酸锂晶体的市场需求也将逐渐增加。

尤其是在光通信、光存储、光电器件等领域，铌酸锂晶体的应用前景非常广阔。

然而，铌酸锂晶体的制备技术和应用技术还存在一些挑战，需要进一步的研究和发展。

铌酸锂晶体作为一种具有重要应用前景的材料，具有广泛的用途和潜在的市场需求。

通过深入研究铌酸锂晶体的特性、制备方法、应用领域以及市场前景，我们可以更好地了解和推动铌酸锂晶体行业的发展，为相关领域的技术进步和经济发展做出贡献。

铌酸锂透明波段
铌酸锂是一种重要的非线性光学晶体，广泛用于激光技术、光通信、光电子学等领域。

它在透明波段（即光学波长范围）的光学特性对于光学器件的设计和应用至关重要。

在透明波段，铌酸锂晶体通常表现出以下特性：
1．高透明度：铌酸锂晶体在透明波段具有很高的透明度，能够有效地传输光信号，减少光损耗，适用于制备高效率的光学器件。

2．广泛的透明波段：铌酸锂晶体的透明波段覆盖了可见光和红外光区域，通常在400纳米至5000纳米的波长范围内具有良好的透明性。

3．非线性光学特性：铌酸锂晶体在透明波段表现出良好的非线性光学特性，例如二次谐波产生、光学参量振荡等，可用于产生高质量的激光输出和频率转换。

4．热光学性能：透明波段下铌酸锂晶体的热光学性能也需要考虑，因为高功率光束通常会引起晶体的光学性能衰减和热失真，需要适当的热管理措施。

综上所述，铌酸锂晶体在透明波段具有重要的光学特性，广泛应用于光通信、激光雷达、光学传感等领域的光学器件中。

对其透明波段的光学特性的了解有助于更好地设计和应用铌酸锂晶体制备的光学器件。

铌酸锂晶体的研究与分析摘要本⽂基于新型线性电光效应耦合波理论，通过设定超晶格周期极化铌酸锂晶体倒格⽮参数，从⽽弥补双折射时o光和e光折射率不同造成的相位失配。

计算有效电光系数，推倒耦合波⽅程的解析解。

并利⽤matlab进⾏线性仿真，研究温度，波长，外加电场和晶体占空⽐变化时对于电光效应中的转换效率的影响。

仿真的数值结果表明：随着温度与相位匹配时对应的温度的差值的增⼤，相位失配量将增加，从⽽导致转换效率呈峰值逐渐降低的波动形式趋于零，当温度满⾜相位匹配时转换效率最⾼；此外晶体极化周期数量的增加，将使得转换效率的波动更加剧烈，其值也降低的更快，波动次数也将增多。

改变波长的情况基本类似于温度，仅在波动细节上有细微差距。

⽽电场对转换效率的影响则是成正⽐的线性关系。

此外我们所取的占空⽐约等于0.25和0.75时将可以使转换效率取到最⼤值。

关键词铌酸锂；电光效应；耦合波；转换效率AbstractBased on the new wave coupling theory of linear electro-optic effect. By setting the gratingcrystal, we compensate for the wave vector parameters of periodically poled LiNbO3phase-matched which is caused by different index of refraction of the o-ray and e-ray when birefringence happens.We can calculate the effective electro-optic coefficient of the system . Through the analytical solution of the wave coupling equations, use matlab to do linear simulation, and study on the influence of the conversion efficiency in the electro-optical effect when temperature, wavelength, electric field intensity and crystal duty cycle change.Numerical simulation results show that,with the increasing difference made by temperature which corresponds to the temperature and phase matching, the amount of phase mismatch will increase.it results in an increase of phase mismatch, thus causing the conversion efficiency to assume the fluctuating form tending to zero which the peak value reduces gradually; when the temperature satisfies phase match,conversion efficiency is the highest. In addition when the number of the crystal polarization cycle increases,the fluctuation of the conversion efficiency will be more violent,the value will also reduce faster and the number of fluctuations will increase. The situation of the wave length is similar with the temperature.There is just only little discrepancy on the fluctuation in details of the conversion efficiency.But the influence of the electric field to transfer efficiency is the proportional linear relationship.In addition, when the duty cycle is equivalent to about 0.75 and 0.25,the conversion rate can be taken to the maximum.Key words LiNbO; electro-optical effect; coupled wave; conversion efficiency3⽬录摘要.................................................................................................................................... I Abstract . (II)第1章绪论 (1)1.1 引⾔ (1)1.2 电光效应的理论发展 (1)1.3 研究⽅向和内容 (2)1.4 本章⼩结 (3)晶体电光效应理论 (4)第2章LiNbO32.1 电光效应基本椭球理论 (4)2.2 LiNbO晶体的电光效应 (6)3晶体（PPLN）的制备 (8)2.3 周期性极化LiNbO32.4 线性电光效应耦合波理论 (9)2.5 本章⼩结 (11)第3章LiNbO的晶体结构和性质 (12)3晶体结构 (12)3.1 LiNbO33.2 LiNbO晶体基本性质 (13)3晶体特点 (13)3.3 LiNbO33.4 PPLN晶体的应⽤ (14)3.5 LiNbO晶体Sellmeier⽅程 (14)33.6 本章⼩结 (15)第4章系统结构和参数设定 (16)4.1 相关参数说明 (16)4.2 PPLN结构参数设定 (16)4.3 有效电光系数设定 (17)4.4 本章⼩结 (18)第5章线性仿真与讨论 (19)5.1 温度T的改变对转换效率η的影响 (19)5.2 波长λ的改变对转换效率η的影响 (22)5.3 外电场E的改变对转换效率η的影响 (24) 5.4 晶体占空⽐D的改变对转换效率η的影响 (24)5.5 本章⼩结 (25)结论 (26)参考⽂献 (27)致谢 (28)第1章绪论1.1 引⾔根据光的电磁理论我们知道，光波是⼀种电磁波。

铌酸锂晶体及其应用概述铌酸锂晶体是一种非线性光学晶体，具有广泛的应用前景。

本文将从铌酸锂晶体的基本特性、生长方法和物理性质入手，探讨其在光学通信、激光技术和光电子学等领域的应用。

一、铌酸锂晶体的基本特性铌酸锂晶体（LiNbO3）是一种双向交变电场晶体，属于三方晶系，晶胞参数a=b=5.148Å，c=13.863Å，空间群R3c。

它的特殊之处在于，它是一种非中心对称晶体，具有二阶非线性光学效应，其线性光学系数很大，具有良好的光学透明性，是光学通信、激光技术和光电子学领域非常重要的功能晶体。

铌酸锂晶体具有很高的折射率和良好的非线性光学性能，具有很好的光学透明性，特别是在红外区域。

铌酸锂晶体具有很大的电光效应和压电效应，可以实现光学信号和电学信号之间的转换。

二、铌酸锂晶体的生长方法1. Czochralski法生长Czochralski法是目前生长铌酸锂晶体的主要方法之一。

它是利用熔体温度梯度以及晶体与熔体之间的界面形成来生长晶体的。

这种方法生长出的晶体具有很好的纯度和晶体结构，并且尺寸比较大。

2. 水热法生长水热法是一种比较新颖的生长铌酸锂晶体的方法，该方法能够生长出比较大的晶胞尺寸的晶体，并且在生长过程中还可以控制很多晶体成分的不均匀分布。

该方法可以控制生长晶体的形状，并可以便捷地加工成所需形状和尺寸的晶体。

1. 光学通信铌酸锂晶体在光学通信领域中的重要性越来越高。

它具有优异的非线性光学效应，可以用于光学开关、光学调制等应用。

它的电光效应可以将电学信号转化为光学信号，从而实现光与电的互转换。

2. 激光技术铌酸锂晶体在激光技术中也有广泛应用。

其二阶非线性光学效应可以用于产生二次谐波，从而实现紫外激光的产生。

在光学晶体中，铌酸锂晶体也是用于激光器Q开关的重要材料。

3. 光电子学铌酸锂晶体在光电子学中的应用也很广泛。

它的压电效应可以将机械信号转化为电学信号，通过触发铌酸锂晶体的电光效应，实现机械信号的光学转换。

第４９卷第６期２０２０年６月人㊀工㊀晶㊀体㊀学㊀报ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＹＮＴＨＥＴＩＣＣＲＹＳＴＡＬＳＶｏｌ.４９㊀Ｎｏ.６Ｊｕｎｅꎬ２０２０铌酸锂电光调Ｑ晶体漏光现象的研究商继芳１ꎬ２ꎬ杨金凤１ꎬ２ꎬ郝好山１ꎬ２ꎬ李清连３ꎬ张㊀玲４ꎬ孙㊀军４(１.河南工程学院ꎬ河南省电子陶瓷材料与应用重点实验室ꎬ郑州㊀４５１１９１ꎻ２.河南工程学院理学院ꎬ郑州㊀４５１１９１ꎻ３.南开大学泰达应用物理研究院ꎬ天津㊀３００４５７ꎻ４.南开大学物理科学学院ꎬ天津㊀３０００７１)摘要:针对铌酸锂(ＬＮ)电光调Ｑ开关性能一致性差㊁退压式调Ｑ时无法完全关断光路的问题进行了系统研究ꎮ在闪光灯泵浦ＮｄʒＹＡＧ激光系统中ꎬ对多块ＬＮ电光调Ｑ开关的退压式电光调Ｑ性能进行了对比测试ꎬ并从电光调Ｑ理论出发ꎬ分析了光路无法关断的可能原因ꎮ在此基础上ꎬ利用Ｘ射线定向仪㊁锥光干涉法对各晶体的轴向偏差㊁光学均匀性进行了表征ꎬ首次发现了ＬＮ晶体的电光不均匀性ꎬ即感应主轴偏离理论上的４５ʎ方向㊁通光截面各处感应双折射不一致ꎮ通过对比实验ꎬ证实了电光不均匀性是造成光路无法关断㊁不同开关性能差异较大的主要原因ꎮ关键词:铌酸锂晶体ꎻ电光不均匀性ꎻ电光调Ｑ中图分类号:Ｏ７３４㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀文章编号:１０００￣９８５Ｘ(２０２０)０６￣１０３４￣０６ＳｔｕｄｙｏｎＬｉｇｈｔＬｅａｋａｇｅＰｈｅｎｏｍｅｎｏｎｏｆＬｉｔｈｉｕｍＮｉｏｂａｔｅＥｌｅｃｔｒｏ￣ｏｐｔｉｃＱ￣ｓｗｉｔｃｈｉｎｇＣｒｙｓｔａｌｓＳＨＡＮＧＪｉｆａｎｇ１ꎬ２ꎬＹＡＮＧＪｉｎｆｅｎｇ１ꎬ２ꎬＨＡＯＨａｏｓｈａｎ１ꎬ２ꎬＬＩＱｉｎｇｌｉａｎ３ꎬＺＨＡＮＧＬｉｎｇ４ꎬＳＵＮＪｕｎ４(１.ＨｅｎａｎＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｅｒａｍｉｃＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎꎬＨｅｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＺｈｅｎｇｚｈｏｕ４５１１９１ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＳｃｈｏｏｌｏｆＳｃｉｅｎｃｅꎬＨｅｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＺｈｅｎｇｚｈｏｕ４５１１９１ꎬＣｈｉｎａꎻ３.ＴＥＤＡＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓꎬＮａｎｋａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＴｉａｎｊｉｎ３００４５７ꎬＣｈｉｎａꎻ４.ＳｃｈｏｏｌｏｆＰｈｙｓｉｃｓꎬＮａｎｋａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＴｉａｎｊｉｎ３０００７１ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ａｓｙｓｔｅｍｉｃｒｅｓｅａｒｃｈｗｅｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｏｎｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｔｈａｔｔｈｅｌｉｔｈｉｕｍｎｉｏｂａｔｅ(ＬＮ)ｅｌｅｃｔｒｏ￣ｏｐｔｉｃ(ＥＯ)Ｑ￣ｓｗｉｔｃｈｅｓｈａｖｅｐｏｏｒｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｅａｎｄｃａｎｎｏｔｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙｈｏｌｄ￣ｏｆｆｉｎｐｕｌｓｅ￣ｏｆｆＱ￣ｓｗｉｔｃｈｉｎｇｍｏｄｅ.Ｔｈｅｐｕｌｓｅ￣ｏｆｆＥＯＱ￣ｓｗｉｔｃｈｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｏｆｓｅｖｅｒａｌＬＮＱ￣ｓｗｉｔｃｈｅｓｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｉｎａｆｌａｓｈ￣ｌａｍｐｐｕｍｐｅｄＮｄʒＹＡＧｌａｓｅｒ.ＴｈｅｐｏｓｓｉｂｌｅｃａｕｓｅｓｆｏｒｔｈｅｌｉｇｈｔｌｅａｋａｇｅｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏＥＯＱ￣ｓｗｉｔｃｈｉｎｇｔｈｅｏｒｙ.ＯｎｔｈｅｓｅｂａｓｉｓꎬｔｈｅａｘｉａｌｄｅｖｉａｔｉｏｎａｎｄｏｐｔｉｃａｌｉｎｈｏｍｏｇｅｎｅｉｔｙｗｅｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙａＸ￣ｒａｙｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｇｏｎｉｏｍｅｔｅｒａｎｄｔｈｅｃｏｎｏｓｃｏｐｉｃｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｍｅｔｈｏｄ.ＴｈｅＥＯｉｎｈｏｍｏｇｅｎｅｉｔｙｏｆＬＮｃｒｙｓｔａｌｓｗａｓｆｉｒｓｔｆｏｕｎｄꎬｔｈｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｍａｉｎｉｎｄｕｃｔｉｏｎａｘｉｓｄｅｖｉａｔｅｄｆｒｏｍｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ４５ʎａｎｄｔｈｅｉｎｄｕｃｅｄｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅｗａｓｉｎｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｔｈｒｏｕｇｈｏｕｔｔｈｅｃｌｅａｒａｐｅｒｔｕｒｅ.ＴｈｒｏｕｇｈｃｏｎｔｒａｓｔｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓꎬｔｈｅＥＯｉｎｈｏｍｏｇｅｎｅｉｔｙｉｓｖｅｒｉｆｉｅｄｔｏｂｅｔｈｅｍａｉｎｒｅａｓｏｎｔｏｃａｕｓｅｔｈｅｌｉｇｈｔｌｅａｋａｇｅａｎｄｐｏｏｒｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｅ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｌｉｔｈｉｕｍｎｉｏｂａｔｅｃｒｙｓｔａｌꎻｅｌｅｃｔｒｏ￣ｏｐｔｉｃｉｎｈｏｍｏｇｅｎｅｉｔｙꎻｅｌｅｃｔｒｏ￣ｏｐｔｉｃＱ￣ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ㊀㊀基金项目:国家自然科学基金(５１９０２０８７ꎬ６１７０５０５９)ꎻ河南省科技攻关项目(２０２１０２２１００２３)ꎻ河南省青年人才托举工程项目(２０２０ＨＹＴＰ００４)ꎻ河南省电子陶瓷材料与应用重点实验室开放课题㊀㊀作者简介:商继芳(１９９１￣)ꎬ女ꎬ山西省人ꎬ博士ꎬ讲师ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｓｈａｎｇｊｆ＠ｈａｕｅ.ｅｄｕ.ｃｎ㊀㊀通讯作者:孙㊀军ꎬ博士ꎬ教授ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｓｕｎｊｕｎ＠ｎａｎｋａｉ.ｅｄｕ.ｃｎ０㊀引㊀㊀言电光调Ｑ技术是目前获得高峰值功率㊁窄脉冲宽度激光最主要的方式之一ꎬ其具有开关速率高㊁关断能力强㊁主动可控等优势[１]ꎬ输出激光的时间可以精确控制ꎬ因此激光器和其他联动仪器之间可以做到高精度同步[２]ꎬ更加有利于应用ꎮ作为电光调Ｑ开关的核心部件ꎬ电光晶体的性能对调Ｑ性能有着至关重要的影响ꎮ一般而言ꎬ实用化的调Ｑ开关要求电光晶体具有光学均匀性好㊁电光系数大㊁抗激光损伤阈值高㊁透过范围宽㊁物化性能稳定㊁易于加工等特点[３￣４]ꎬ但能够完全满足以上要求的晶体较少ꎮ目前ꎬ能够实用化的电光晶体主要有磷酸二氘钾(ＤＫＤＰ)㊁铌酸锂(ＬＮ)㊁磷酸钛氧铷(ＲＴＰ)晶体[５￣６]ꎮ㊀第６期商继芳等:铌酸锂电光调Ｑ晶体漏光现象的研究１０３５㊀ＤＫＤＰ晶体抗激光损伤阈值较高㊁电光系数较大㊁容易生长成大尺寸晶体ꎬ在民用领域获得了广泛应用ꎬ但其易潮解ꎬ特殊的封装方式导致温度稳定性较差[７]ꎬ低温下无法工作ꎬ不能满足军用需求ꎮ此外ꎬＤＫＤＰ电光调Ｑ采用的是纵向调制方式ꎬ调Ｑ高压无法降低ꎬ且电场不易均匀ꎬ影响激光系统的动静比[８]ꎮＲＴＰ晶体是近年来新投入使用的一种电光晶体ꎬ具有电光系数大㊁损伤阈值高㊁无压电振铃效应等优点ꎬ是高重复频率电光调Ｑ开关的首选晶体[９]ꎬ但它作为双轴晶体ꎬ应用时需配对使用以补偿自然双折射[１０]ꎬ因此对晶体的光学质量㊁加工质量等要求较高ꎬ由于自然双折射受温度影响较大ꎬ其调Ｑ性能对两晶体的温差特别敏感ꎬ另外ＲＴＰ晶体价格过于昂贵ꎬ限制了其应用范围ꎮＬＮ晶体生长技术较为成熟ꎬ容易生长成大尺寸晶体ꎬ而且不易潮解ꎬ温度稳定性高ꎬ应用时无需配对ꎬ成本较低ꎬ装调方便ꎬ因此在诸多领域特别在对温度稳定性要求较高的军工领域得到了广泛应用[１１￣１２]ꎮ然而ꎬ在实际工程应用中发现ꎬＬＮ电光调Ｑ开关整体表现出性能一致性差的问题ꎬ退压式调Ｑ时差异更加明显ꎮ在ＬＮ电光调Ｑ开关上施加电场后ꎬ经常出现光路无法关断的现象ꎬ漏光量甚至可以达到静态输出能量的２０％以上ꎮ不同调Ｑ开关漏光量不同ꎬ且漏光量还会随时间发生变化ꎬ部分调Ｑ开关初始不漏光ꎬ但在使用一段时间后ꎬ就可能出现漏光ꎬ并且没有规律性ꎮ更换电极方向后ꎬ对漏光量也有影响ꎮ针对上述问题ꎬ本论文工作从实验出发ꎬ首先对多块ＬＮ晶体的退压式电光调Ｑ性能进行了测试ꎬ筛选出性能差异较大的若干晶体ꎻ然后结合电光调Ｑ理论ꎬ分析了光路无法关断的可能原因ꎻ在此基础上ꎬ利用Ｘ射线定向仪㊁锥光干涉法等手段对各个可能的影响因素进行了表征ꎬ首次发现了ＬＮ晶体的电光不均匀性ꎬ证实了其是造成光路无法关断㊁不同开关性能差异较大的主要原因ꎮ１㊀实㊀㊀验１.１㊀退压式电光调Ｑ测试在ＮｄʒＹＡＧ激光器中测试了多块ＬＮ晶体的退压式电光调Ｑ性能ꎬ实验装置如图１所示ꎮ谐振腔采用平平腔ꎬ腔长约为４３０ｍｍꎬ输出镜透过率为１０％ꎮ激光增益介质为ＮｄʒＹＡＧ激光棒ꎬ尺寸为ϕ５ｍｍˑ８０ｍｍꎬ掺杂浓度为１.１ａｔ％ꎮ泵浦源为脉冲氙灯ꎬ采用侧面泵浦的方式ꎬ其注入能量约为１０Ｊꎮ氙灯和ＮｄʒＹＡＧ激光棒分别置于一个椭圆形聚光腔的两个焦点上ꎬ聚光腔内表面镀有高反金属膜ꎬ金属膜外层镀有过滤紫外光谱的介质膜ꎬ从而充分减小了热效应ꎮ泵浦能量通过聚光腔汇聚到ＮｄʒＹＡＧ晶体上ꎮ采用水冷的方式对氙灯和ＮｄʒＹＡＧ激光棒进行冷却ꎮ偏振镜为沿布儒斯特角放置的石英片ꎮ实验所用的电光调Ｑ开关是采用掺镁ＬＮ晶体制备的ꎬ晶体锂含量为４８.６ｍｏｌ％ꎬ掺镁量为５ｍｏｌ％ꎬ尺寸均为９ｍｍˑ９ｍｍˑ１８.８ｍｍ(ｘˑｙˑｚ)ꎬ晶体ｘ面镀有Ｔｉ/Ａｕ电极ꎬｚ面镀有１０６４ｎｍ的增透膜ꎮ开关装配结构和文献[１３]中相同ꎬ采用的是弹性装配技术ꎬ降低了晶体内部所受应力ꎬ且使应力分布更加均匀ꎬ利用金属电极片引出电极以施加调Ｑ高压ꎮ激光输出能量采用型号为ＮＩＭ￣Ｅ１０００的激光能量计测量ꎮ腔内仅含偏振镜时的静态输出能量约为２００ｍＪ左右ꎬ插入各晶体后输出能量下降很小ꎬ均约在１９０ｍＪ以上ꎮ为了考察各调Ｑ开关的关断效果ꎬ在晶体上施加可调的直流高压ꎬ通过改变电压大小ꎬ使激光输出能量达到最小ꎬ记录最小漏光量和相应的电压值ꎮ改变电压极性ꎬ观察漏光量的变化情况ꎮ图１㊀退压式电光调Ｑ装置示意图Ｆｉｇ.１㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｐｕｌｓｅ￣ｏｆｆｅｌｅｃｔｒｏ￣ｏｐｔｉｃＱ￣ｓｗｉｔｃｈｉｎｇｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ１.２㊀漏光原因分析根据电光调Ｑ的原理ꎬ１/４波电压退压式电光调Ｑ配置相当于一个电光调制器ꎬ两个电光晶体置于两个平行的偏振镜之间ꎬ调制器的透过率Ｔ可表达为[１４]:１０３６㊀研究论文人工晶体学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第４９卷＝１－ｓｉｎ２２αｓｉｎ２δ２(１)Ｔ＝ＩｉＩｏ其中ꎬα为偏振镜的透振方向和晶体中本征偏振方向的夹角ꎬδ为激光往返两次通过电光晶体时产生的总相位差ꎮ要实现关断状态ꎬ透过率Ｔ应为０ꎬ从式(１)中可得出ｓｉｎ２(２α)和ｓｉｎ２(δ/２)项应同时为１ꎬ即应有α＝ʃ４５ʎꎬʃ１３５ʎ和δ＝π＋２ｋπ(ｋ＝０ꎬʃ１ꎬʃ２ )ꎮ光路无法关断表明ꎬ施加电场后α或者δ不满足上述条件ꎮ通过分析认为ꎬ影响α角的因素主要有以下三种:(１)受加工和调试精度影响ꎬ晶体的ｘ轴(或ｙ轴)和偏振镜的透振方向不平行ꎬ成一定的夹角θꎮＬＮ电光调Ｑ开关采用的是沿ｚ轴通光㊁沿ｘ轴加电场的调制方式ꎮ由电光效应理论ꎬ在ｘ轴方向施加电场后ꎬ电感应主轴ｘᶄ㊁ｙᶄ相对原轴ｘ㊁ｙ旋转４５ʎꎬｚᶄ轴和ｚ轴相同[１５]ꎮ沿ｚ轴通光ꎬ晶体中的本征偏振方向将沿着ｘᶄ和ｙᶄ轴ꎬ因此偏振镜的透振方向和本征偏振方向的夹角α将是４５ʎ＋θꎮ(２)晶体光轴和端面法线之间存在偏离ꎬ激光垂直于端面入射时ꎬ传播方向不是沿着ｚ轴ꎬ而是和晶体各轴成一定的角度ꎬ设为(θꎬφ)(θ为激光传播方向与光轴的夹角ꎬφ为激光传播方向在ｘｏｙ面的投影与电感应主轴ｘᶄ的夹角)ꎮ由折射率椭球理论可以求出ꎬ本征偏振方向不再沿着ｘᶄ和ｙᶄ轴ꎬ而是相对于主平面发生偏转ꎬ偏转角β为[１６]:(２)ｔａｎ２β＝２γ２２Ｅｓｉｎ２φΔｓｉｎ２θ－２γ２２Ｅｃｏｓ２φ当偏振镜的透振方向和ｘ轴平行时ꎬ可得出α角为４５ʎ＋φ＋βꎮ可见ꎬ光轴的偏离角度(θꎬβ)对α均有影响ꎮ当θ比较小时ꎬ式(２)中含ｓｉｎ２θ的项可以忽略ꎬβ约等于－φꎬ因此α仍约为４５ʎꎮ而当θ比较大时ꎬ除φ等于０或者π/２ꎬ即沿着电感应主轴传播外ꎬα角将偏离４５ʎꎬ从而影响关断状态ꎮ(３)在前两点的分析中ꎬ都是基于电场施加在ｘ轴方向上㊁感应主轴相对于原轴旋转４５ʎ进行分析的ꎬ而ＬＮ晶体缺陷结构复杂ꎬ晶体内部可能存在内电场ꎬ其热释电效应也比较严重ꎬ双折射易受应力等因素的影响[１７￣１８]ꎬ因此在晶体上施加电场后ꎬ可能并不只是电场在起作用ꎬ而是多种效应的综合作用ꎬ从而使感应主轴和原轴的夹角并不是４５ʎꎬ即α不是４５ʎꎬ从而影响关断效果ꎮ如果漏光是相位延迟量δ不满足条件造成的ꎬ则主要应该考虑相位延迟量在整个通光截面内分布不均匀ꎬ否则通过调节电压大小可使相位延迟量满足条件ꎮ分析认为ꎬ相位延迟量分布不均匀一方面和晶体的静态光学均匀性有关ꎬ另一方面可能也受到上述多种效应的综合作用ꎬ且各个效应在通光截面内分布不均匀ꎮ１.３㊀影响因素表征在上述分析的基础上ꎬ首先采用Ｘ射线定向仪测量了每块晶体的各轴向偏差ꎬ定向仪的定向精度为１ᶄꎮ然后利用锥光干涉法对各晶体的静态光学均匀性进行了表征ꎮ对于晶体施加电场后ꎬ是否受到多种效应的综合作用㊁感应主轴是否偏离４５ʎ㊁各种效应在通光截面内分布是否均匀等问题的探究ꎬ主要采用加电锥光干涉法进行了定性分析ꎮ根据锥光干涉原理[１９]ꎬ干涉图样上条纹的亮暗反映了沿不同方向入射激光的双折射情况ꎬ干涉环代表等相位线ꎬ因此干涉图样能够反映晶体折射率椭球的对称性ꎬ干涉图样的对称轴对应折射率椭球的主轴ꎬ若干涉环发生畸变ꎬ说明存在光学不均匀性ꎮ锥光干涉装置示意图如图２所示ꎮ图２㊀锥光干涉装置示意图Ｆｉｇ.２㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｅｔｕｐｏｆｃｏｎｏｓｃｏｐｉｃｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ激光光源是波长为６３２.８ｎｍ的氦氖激光器ꎮ起偏镜和检偏镜的偏振方向正交ꎬ为了便于观察ꎬ通常使其偏振方向分别沿着水平和竖直方向ꎮ通过毛玻璃的散射作用ꎬ将激光束散射成锥形激光ꎮ待测的铌酸锂㊀第６期商继芳等:铌酸锂电光调Ｑ晶体漏光现象的研究１０３７㊀晶体置于毛玻璃和检偏镜之间ꎬ调节使晶体的ｘ轴和ｙ轴分别沿着水平和竖直方向ꎮ通过调节毛玻璃与晶体之间的距离㊁上下平移晶体位置ꎬ可以改变晶体内形成锥光的区域ꎬ由此来观察晶体内不同区域的光学均匀性ꎮ在晶体上施加直流高压ꎬ可以对加电后的锥光干涉图样进行观测ꎮ２㊀结果与讨论为了对比ꎬ实验筛选出四块性能差异较大的ＬＮ晶体ꎬ其漏光量及相应的外加电压如表１所示ꎮ从表中可以看出ꎬ不同调Ｑ开关的漏光量差异较大ꎬ且外加电压的方向对漏光量也有影响ꎮ另外需要指出的是ꎬ＃２晶体的漏光量还会随外加电压时长发生变化ꎮ电源接通瞬间ꎬ漏光量很小ꎬ然后在短时间内快速增加ꎬ最后在某个值附近波动ꎬ没有规律性ꎬ因此表中所列数据是漏光量基本趋于稳定后得到的ꎮ实验中发现ꎬ外加电压在一定范围内变化时ꎬ漏光量基本不发生变化ꎬ因此上述表格中ꎬ虽然不同ＬＮ电光调Ｑ开关的１/４波电压有所差异ꎬ但在误差范围内基本可以认为是相同的ꎮ表１㊀不同ＬＮ电光调Ｑ开关的漏光量及相应的１/４波电压Ｔａｂｌｅ１㊀Ｌｉｇｈｔｌｅａｋａｇｅａｎｄｑｕａｒｔｅｒ￣ｗａｖｅｖｏｌｔａｇｅｆｏｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔＬＮＥＯＱ￣ｓｗｉｔｃｈｅｓＤｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｖｏｌｔａｇｅ＃１＃２＃３＃４Ｌｉｇｈｔｌｅａｋａｇｅ/ｍＪ＋ｘ１５４９１２０－ｘ２４７４０Ｑｕａｒｔｅｒ￣ｗａｖｅｖｏｌｔａｇｅ/Ｖ＋ｘ２１８０２１６０２１００２２００－ｘ２１８０２１６０２１００２２００㊀㊀利用Ｘ射线定向仪测得各晶体的ｚ轴沿ｘ轴和ｙ轴方向偏转的角度均不超过３ᶄꎮ这个角度很小ꎬ由式(２)可以估算出β约等于－φꎬ因此α仍约为４５ʎꎬ由此排除了光轴轴向偏离的影响ꎮ实验测得各晶体的ｘ轴或ｙ轴与晶体表面法线间的夹角最大不超过１０ᶄꎬ并且在装配调试时ꎬ晶体和偏振镜装配支架的加工精度能够保证偏振镜的透振方向和晶体的ｙ表面平行ꎮ假设激光偏振方向和ｘ轴间的夹角最大为１５ᶄꎬ则由透过率公式(１)(设δ满足条件)ꎬ可求得透过率Ｔ为７.６ˑ１０－５ꎬ基本趋于零ꎬ不会影响关断效果ꎬ因此也可以排除ｘ轴轴向偏离的影响ꎮ利用锥光干涉法测得各晶体不加电压时的静态光学均匀性均较好ꎬ如图３为漏光量最大的＃２晶体不加电压时的锥光干涉图样ꎬ干涉环清晰完整ꎬ且无任何畸变ꎬ十字叉清晰且完全正交ꎬ说明调Ｑ开关漏光并不是静态光学均匀性差导致的ꎮ当在晶体上施加电场后ꎬ发现不同晶体的锥光干涉图样差异较大ꎬ如图４为各晶体在不同极性电压下ꎬ激光沿端面中心入射时的锥光干涉图样ꎮ而由电图３㊀＃２ＬＮ晶体不加电压时的锥光干涉图样Ｆｉｇ.３㊀Ｃｏｎｏｓｃｏｐｉｃｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｐａｔｔｅｒｎｏｆ＃２ＬＮｃｒｙｓｔａｌｗｉｔｈｏｕｔｖｏｌｔａｇｅ光效应和锥光干涉理论可以得出ꎬ在ＬＮ晶体ｘ轴方向施加电场时ꎬ锥光干涉图样应如图５所示ꎬ干涉环由一系列椭圆构成ꎬ椭圆的长轴和短轴分别沿着电感应主轴ｘᶄ和ｙᶄ方向ꎬ与ｘ轴㊁ｙ轴成４５ʎ角ꎬ消光线为双曲线ꎬ消光区域的对称轴也沿着感应主轴方向ꎮ当电压极性相反时ꎬ干涉图样将旋转９０ʎꎮ通过比较各图可以看出ꎬ只有＃４晶体加电场后的锥光干涉图样和理论分析比较吻合ꎬ干涉环呈椭圆状ꎬ条纹清晰ꎬ形状规则对称ꎬ无任何畸变ꎬ图样对称轴分别沿感应主轴ꎮ而其他晶体的加电锥光干涉图样ꎬ或多或少都和理论分析存在偏差ꎮ对于＃２晶体ꎬ虽然椭圆干涉环仍比较规则ꎬ但其对称轴相对于４５ʎ方向发生了偏离ꎬ粗略估计偏离角度已达到１０ʎ左右ꎬ并且加电方向不同ꎬ偏转的方向也不同ꎮ此外还发现ꎬ在此晶体上施加电场后ꎬ锥光干涉图样还随加电时长变化ꎬ感应主轴偏转ꎬ干涉环的椭圆率也发生改变ꎬ在刚开始的２０ｓ内变化较明显ꎬ然后变化缓慢ꎬ这和漏光量随加电时长不断变化这一点是比较吻合的ꎮ对于＃１晶体ꎬ沿＋ｘ方向加电时ꎬ椭圆对称轴相对于４５ʎ方向也发生了偏离ꎬ只是偏离的角度较小ꎬ此外ꎬ椭圆干涉环不完全规１０３８㊀研究论文人工晶体学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第４９卷则㊁对称ꎬ椭圆一端存在畸变ꎬ而且干涉条纹也不清晰ꎮ对于＃３晶体ꎬ当沿＋ｘ方向加电时ꎬ椭圆干涉环形状不规则ꎬ左上部分对称轴沿着４５ʎ方向ꎬ而右下部分对称轴偏离了４５ʎꎮ沿－ｘ方向加电时ꎬ虽然椭圆干涉环对称轴基本仍沿着４５ʎ方向ꎬ但椭圆一端存在畸变ꎮ图４㊀各ＬＮ晶体在不同极性电压下的锥光干涉图样Ｆｉｇ.４㊀ＣｏｎｏｓｃｏｐｉｃｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｐａｔｔｅｒｎｓｆｏｒＬＮｃｒｙｓｔａｌｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｏｌａｒｉｔｙｖｏｌｔａｇｅｓ图５㊀ｘ轴方向加电场时的锥光干涉示意图Ｆｉｇ.５㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｃｏｎｏｓｃｏｐｉｃｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｗｈｅｎｖｏｌｔａｇｅｉｓａｐｐｌｉｅｄｔｏｘｄｉｒｅｃｔｉｏｎ图６㊀＃２ＬＮ晶体通光口径内差异较大的两处锥光干涉图样Ｆｉｇ.６㊀Ｃｏｎｏｓｃｏｐｉｃｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｐａｔｔｅｒｎｓｗｉｔｈｌａｒｇｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｔｈｒｏｕｇｈｏｕｔｔｈｅｃｌｅａｒａｐｅｒｔｕｒｅｏｆ＃２ＬＮｃｒｙｓｔａｌ另外ꎬ实验中还发现ꎬ对于锥光干涉环扭曲比较严重的晶体ꎬ在整个通光口径内ꎬ各处的干涉图样差异也较大ꎬ如图６为＃２晶体通光口径内差异较大的两处锥光干涉图样ꎬ虽然干涉环都是比较规则的椭圆ꎬ但椭圆㊀第６期商继芳等:铌酸锂电光调Ｑ晶体漏光现象的研究１０３９㊀对称轴相对４５ʎ方向偏离的程度明显不同ꎮ而对于漏光量很小㊁干涉图样和理论比较吻合的晶体而言ꎬ通光口径内各处的干涉图样基本一致ꎮ为讨论方便ꎬ将上述现象称为电光不均匀性ꎮ对于不同的调Ｑ开关ꎬ装配及施加电场的方式是相同的ꎬ而且采用镀制Ｔｉ/Ａｕ膜并用金属片引出电极的方式ꎬ能够保证晶体内部有效通光区域内施加的电场是均匀的ꎬ由此可见ꎬ电光不均匀性并不是外加电场不均匀造成的ꎬ而和晶体自身有关ꎬ引起电光不均匀性的因素尚需进一步探究ꎮ通过比较各晶体的漏光量和加电锥光干涉图样可以看出ꎬ漏光量的大小和电光不均匀性程度具有很好的一致性ꎮ因此ꎬ综合以上分析可以得出ꎬ加电场后ꎬ感应主轴偏离４５ʎ㊁通光截面内各处感应双折射不一致是造成漏光的主要原因ꎮ对于不同的晶体ꎬ电光不均匀性程度不同ꎬ因此开关性能也不一致ꎮ３㊀结㊀㊀论通过实验筛选出了退压式电光调Ｑ性能差异较大的ＬＮ晶体ꎬ在理论分析的基础上ꎬ利用Ｘ射线定向仪㊁锥光干涉法等手段对各个可能的影响因素进行了标定ꎬ首次发现了ＬＮ晶体的电光不均匀性ꎬ即外加电场后ꎬ电感应主轴偏离理论方向ꎬ截面各处的感应双折射不一致ꎮ通过对比分析各晶体的轴向偏差㊁静态光学均匀性和电光不均匀性ꎬ并与漏光情况作对比ꎬ证实了电光不均匀性是造成退压式调Ｑ时漏光㊁各开关性能不一致的主要原因ꎮ参考文献[１]㊀ＭａＳꎬＹｕＨꎬＺｈａｎｇＨꎬｅｔａｌ.Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｈｉｇｈｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎｒａｔｅｅｌｅｃｔｒｏ￣ｏｐｔｉｃＱ￣ｓｗｉｔｃｈｅｄｌａｓｅｒｗｉｔｈａｎｏｐｔｉｃａｌｌｙａｃｔｉｖｅｌａｎｇａｓｉｔｅｃｒｙｓｔａｌ[Ｊ].ＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＲｅｐｏｒｔｓꎬ２０１６ꎬ６:３０５１７.[２]㊀徐荣甫.激光器件与技术教程[Ｍ].北京:北京工业学院出版社ꎬ１９８６:１８８.[３]㊀郑大怀ꎬ吴㊀婧ꎬ商继芳ꎬ等.电光调Ｑ晶体研究进展[Ｊ].中国科学:技术科学ꎬ２０１７ꎬ４７:１￣１０.[４]㊀王继扬ꎬ黄林勇ꎬ覃方丽ꎬ等.电光晶体研究进展及其对称性研究[Ｊ].物理学进展ꎬ２０１２ꎬ３２(１):３３￣５６.[５]㊀商继芳ꎬ孙㊀军ꎬ张勇军ꎬ等.一种锥光干涉和近光轴调制结合测量晶体电光系数的方法[Ｊ].人工晶体学报ꎬ２０１５ꎬ４４(１１):２９２５￣２９３０. [６]㊀董潮涌ꎬ商继芳ꎬ孙㊀军ꎬ等.５０Ｈｚ铌酸锂电光调Ｑ开关[Ｊ].人工晶体学报ꎬ２０１８ꎬ４７(３):５３９￣５４３.[７]㊀王继扬ꎬ郭永解ꎬ李㊀静ꎬ等.电光晶体研究进展[Ｊ].中国材料进展ꎬ２０１０ꎬ２９(１０):４９￣５８.[８]㊀张雄军ꎬ吴登生ꎬ鲁敬平ꎬ等.高平均功率热补偿电光开关[Ｊ].激光与光电子学进展ꎬ２００５ꎬ４２(１０):３６￣４０.[９]㊀ＹｕＹＪꎬＣｈｅｎＸＹꎬＷａｎｇＣꎬｅｔａｌ.Ｈｉｇｈｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎｒａｔｅ８８０ｎｍｄｉｏｄｅ￣ｄｉｒｅｃｔｌｙ￣ｐｕｍｐｅｄｅｌｅｃｔｒｏ￣ｏｐｔｉｃＱ￣ｓｗｉｔｃｈｅｄＮｄʒＧｄＶＯ４ｌａｓｅｒｗｉｔｈａｄｏｕｂｌｅ￣ｃｒｙｓｔａｌＲＴＰｅｌｅｃｔｒｏ￣ｏｐｔｉｃｍｏｄｕｌａｔｏｒ[Ｊ].ＯｐｔｉｃｓＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓꎬ２０１３ꎬ３０４(１):３９￣４２.[１０]㊀冯宇彤ꎬ朱小磊ꎬ唐㊀昊ꎬ等.磷酸钛氧铷高重复率电光调Ｑ特性[Ｊ].中国激光ꎬ２０１０ꎬ３７(３):６１７￣６２１.[１１]㊀ＪｕｎｄｔＤＨ.Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ￣ｓｔａｂｌｅｌｉｔｈｉｕｍｎｉｏｂａｔｅｅｌｅｃｔｒｏ￣ｏｐｔｉｃＱ￣ｓｗｉｔｃｈｆｏｒｉｍｐｒｏｖｅｄｃｏｌｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ[Ｊ].Ｐｒｏｃ.ＳＰＩＥꎬ２０１４ꎬ９２５１:９２５１０Ｆ. [１２]㊀张㊀玲ꎬ韩文卿ꎬ孙㊀军ꎬ等.高温度稳定性系列铌酸锂电光调Ｑ开关的研制[Ｊ].人工晶体学报ꎬ２０１０ꎬ３９(４):９３１￣９３５.[１３]㊀王富章ꎬ陈㊀彬ꎬ孙㊀军ꎬ等.低应力铌酸锂电光调Ｑ开关的研究[Ｊ].人工晶体学报ꎬ２０１３ꎬ４２(７):１３１５￣１３１８.[１４]㊀方启万.铌酸锂电光调制的研究[Ｊ].光通信研究ꎬ１９７９ꎬ２(４):３９￣６５.[１５]㊀孔勇发ꎬ许京军ꎬ张光寅ꎬ等.多功能光电材料:铌酸锂晶体[Ｍ].北京:科学出版社ꎬ２００５:１３５￣１３７.[１６]㊀中国科学院上海光机所晶体调制组.近光轴电光调制和单块晶体激光Ｑ开关[Ｊ].中国激光ꎬ１９７５ꎬ(２):１０￣２１.[１７]㊀马欲飞.全固态高重频窄脉宽ＮｄʒＧｄＶＯ４激光器的研究[Ｄ].哈尔滨:哈尔滨工业大学ꎬ２０１３.[１８]㊀ＺｈａｏＪꎬＤｏｎｇＬꎬＺｈｕｏＺꎬｅｔａｌ.Ｈｉｇｈ￣ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ￣ｒａｔｅＲＴＰｅｌｅｃｔｒｏ￣ｏｐｔｉｃＱ￣ｓｗｉｔｃｈｅｄＮｄʒＹＡＧｌａｓｅｒ[Ｊ].Ｉｎｆｒａｒｅｄ＆ＬａｓｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２００８ꎬ３７(４):６４７￣６５０.[１９]㊀陈春荣ꎬ赵新乐.晶体物理性质与检测[Ｍ].北京:北京理工大学出版社ꎬ１９９５:９２￣９７.。

第33卷第5期2020年10月Vol.33No.5Oct.2020大学物理实验PHYSICAL EXPERIMENT OF COLLEGE文章编号：1007-2934(2020)05-0067-04铌酸锂晶体电光系数的研究与测量吴奕璇，官紫妍,徐飞腾，吕梦悦，曾育锋(华南师范大学物理与电信工程学院，广东广州510006)摘要：应用折射率椭球理论分析了线性电光效应，结合横向电光调制的相位延迟,得出铌酸锂晶体相关电光系数的测量方法，并采用直接测量半波电压法中的极值法和调制法分别测得铌酸锂晶体的相关电光系数，进行了测量结果对比分析。

关键词：铌酸锂晶体;电光系数;电光效应;半波电压中图分类号：O4-34文献标志码：A D0l：10.14139/22-1228.2020.05.015电光调制器是高速光通信中信号调制系统的关键器件之一⑴，而光电材料铌酸锂晶体以独特的优势在电光调制器的应用中发挥着重要作用,其电光器件的设计及应用与电光系数密切相关,因此对铌酸锂晶体相关电光系数的研究非常重要。

大学物理实验中的晶体电光调制实验是基于铌酸锂晶体电光效应的综合性实验［2］,通过该实验可以帮助学生巩固偏振光干涉、晶体电光效应等知识。

目前实验对晶体电光系数的理论解释较为简单，学生往往不易理解透彻。

本文对铌酸锂晶体的电光系数进行了深入理论研究与分析，并且采用直接测量半波电压法求得相关电光系数。

不仅帮助学生掌握相关理论知识,且实验操作简单,测量结果对比明显，学生可以更好地体会到不同测量方法的优缺点。

1理论分析铌酸锂晶体电光系数大，不易潮解，具有较低的吸收系数和插入损耗［3］。

最大的特点就是其折射率随外加电场的变化而变化［4］,即电光效应。

1.1线性电光效应电光系数习惯上定义为：n(e)-n y(0)三=Yjk/+s测/d(1)由于二次效应与线性效应相比小，因此常可以忽略⑸。

其中E k为外加电场分量，人k是线性电光系数,S测是二次电光系数。

锆铁铌酸锂晶体生长及其光谱性能研究摘要本论文中采用提拉法生长了一系列Zr:Fe:LiNbO3晶体，研究了晶体的生长工艺、结构及光谱性能。

在晶体生长部分中，对晶体生长的工艺参数进行了探索与优化，确定了合理的生长工艺，生长出了质量较好的晶体，并对生长出的晶体进行了极化、切割、抛光等处理。

Fe:LiNbO3晶体由于具有较高的衍射效率和灵敏度而成为最重要的全息存储材料之一。

然而，Fe:LiNbO3晶体仍然存在两点不足之处，即响应时间长和抗光散射能力低。

所以，需要寻找一种响应速度和抗光散射能力优于Fe:LiNbO3晶体的全息存储材料。

我们采用提拉法生长了熔体中[Li]/[Nb]比分别为0.85、1.05和1.38的Zr:Fe:LiNbO3晶体。

X射线衍射测试表明，Zr离子进入晶体后，首先取代反位铌(+4Nb)离LiZr缺陷。

对样品的紫外-可见吸收光谱测试结果表子，占据Li位形成+3Li明，随着[Li]/[Nb]比增加，吸收边逐渐紫移。

在室温下对样品的红外光谱进行了测试，从样品的红外光谱测试结果可以看出，随着[Li]/[Nb]比增加，OH-吸收峰的位置没有发生较大的移动，但吸收峰的强度逐渐减小。

研究结果表明，Zr是一种有效提高Fe:LiNbO3晶体抗光散射性能的掺杂离子。

Zr:Fe:LiNbO3晶体是一种较好的体全息存储材料。

关键词铌酸锂晶体；晶体生长；光谱性能Zirconium Iron Lithium Niobate Crystal Growthand Spectral PropertiesAbstractSeries of Zr:Fe:LiNbO 3 crystals were grown by the Czochralski method. The growth and structure and the optical properties of the crystals were studied.In the part of crystal growth, the technological parameters of crystal growth were explored and optimized ，the reasonable technological parameters were decided and the high quality crystals were grown. The crystals as-grown were processed by poling 、cutting and polishing.X-ray diffraction tests show that, Zr ions into the crystal, the first thing toreplace trans Nb(+4Li Nb ) ions occupy Li-bit form +3Li Zr defects. The defectstructure was analyzed by UV-vis spectroscopy, which shows that the absorption edges shift to the violet with the [Li]/[Nb] ratio increase. The infrared transmittance was measured by a Fourier infrared spectrometer at room temperature. With the [Li]/[Nb] ratio increase, the locations of OH - vibration peaks change slightly, but the intensity of OH - vibration peaks decrease.Zr is a more effective doping element for Fe:LiNbO 3 crystal to improve its optical damage resistance properties. It is proved that Zr:Fe:LiNbO 3 crystal is a good holographic storage material.Keywords Zr:Fe:LiNbO 3 crystal; Crystal Growth; Spectral Properties目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 铌酸锂晶体 (1)1.2 铌酸锂晶体的结构及缺陷 (1)1.2.1 铌酸锂晶体的结构 (1)1.2.2 铌酸锂晶体的本征缺陷 (2)1.2.3 铌酸锂晶体的非本征缺陷 (3)1.3 铌酸锂晶体的掺杂改性 (4)1.3.1 光折变敏感离子掺杂 (4)1.3.2 抗光折变离子掺杂 (5)1.3.3 激光离子掺杂 (5)1.3.4 掺杂离子之间的互补效应 (6)1.3.5 双掺杂铌酸锂晶体的光致变色效应 (6)1.4 本章研究的目的及意义 (7)1.5 本课题研究的内容 (7)第2章锆铁铌酸锂晶体的生长 (8)2.1 引言 (8)2.2 锆铁铌酸锂晶体生长的技术进展 (8)2.3 掺杂离子的选择 (9)2.4 锆铁铌酸锂晶体生长设备装置 (10)2.4.1 提拉法生长晶体 (10)2.4.2 晶体生长设备装置 (10)2.5 铌酸锂晶体生长工艺 (11)2.5.1 温度梯度 (11)2.5.2 晶体的提拉速度 (12)2.5.3 晶体的旋转速度 (13)2.6 锆铁铌酸锂晶体的生长的原料配比 (13)2.6.1 晶体的生长过程 (14)2.7 锆铁铌酸锂晶体的极化处理 (16)2.8 锆铁铌酸锂晶体的加工 (17)2.9 本章小结 (17)第3章锆铁铌酸锂晶X射线衍射 (18)3.2 X射线衍射的基本原理 (19)3.3 X射线衍射的试验结果分析 (20)3.4 本章小节 (22)第4章锆铁铌酸锂红外、紫外光谱测试 (23)4.1 红外吸收光谱 (23)4.2 红外吸收光谱测试结果 (24)4.3 紫外吸收光谱 (25)4.4 紫外吸收光谱测试结果 (27)4.5 本章小节 (29)结论 (39)致谢 (40)参考文献 (41)附录A (43)附录B (57)第1章绪论1.1铌酸锂晶体铌酸锂(LiNbO3，简称LN)晶体是一种重要的人工合成多功能压电、铁电和电光晶体[1]。

西南大学硕士学位论文铌酸锂晶体光致吸收的研究姓名：***申请学位级别：硕士专业：光学指导教师：***20100401华中科技大学硕士学位论文“假”的生产及其逻辑——对“华南虎事件”的分析姓名：张斌申请学位级别：硕士专业：社会学指导教师：吴毅20080603摘要“华南虎事件”是2007年公众关注的焦点，本研究起始于这样一个疑问：“华南虎事件”中陕西省有关方面为何要造假？本研究以故事的形式将事件较为完整地呈现出来，通过对事件的参与者陕西省林业厅、地方政府、评审专家、周正龙、官僚系统、网络、傅德志、新闻媒体、国家林业局等在事件中的表现的描述，揭示了他们背后的结构性力量，并由此逐渐呈现出了整个事件的逻辑。

本研究最终将这一逻辑用“体制性造假”来概括。

体制性造假是受到体制逼迫的产物，是地方政府在面临体制的困境时不得不为的选择，而为了达到体制性造假的目的，地方政府又充分利用其所掌握的体制资源和力量来造假，“华南虎事件”讲述的也就是地方政府在体制困境之下如何“趋利避害”的故事。

体制性造假受到网络、媒体、公众等的制约，造假将使政府公信力受损，但造假又不得不为，因此地方政府凭借体制对专家的控制来造假。

为了掩盖造假行为，地方政府对信息加以严格控制。

但对信息的控制遭遇到网络、媒体和专家的挑战，他们既是体制性造假的障碍，又刺激地方政府不断动用体制维护造假。

而意在对造假进行惩处的制度又被体制歪曲，从而变相加剧了体制性造假，这更是一种吊诡。

关键词：体制性造假信息控制行政问责AbstractIn 2007, the public focus on the Controversy of Huanan Tiger, and the doubt of why the local government has to fake spur me to start this disquisition.This paper inextenso narrate the story, throw the characterization of State Forestry Bureau, the local government, officeholder, the public, and the media, indicate the dominator behind them, then gradually get to the logic of the Controversy, and conclude it with "institutional fake".The institutional fake is caused by the unreasonable system, the local government have to fake in the dilemma caused by the system, in order to fake successfully, the local government use all his forces, the Controversy of Huanan Tiger is a story of how the local government fake in the dilemma.The institutional fake is enslaved to the public, the media, the public opinion, the validity would be damaged by the fake, but the local have no choice, so he has to use the experts to help to fake.In order to deceive the public, the local government has to blank off all the information.But now the monopolization of information is challenged by the public, the media. They are the limiting factors of faking but also the accelerating factors, which is self-contradictory.Key Words:The Institutional Fake; Monopolization of Information;the Condemn to Bureaucracy独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

毕业设计（论文）资料毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：日期：目录第一部分设计说明书一、设计说明书第二部分过程管理资料一、毕业设计（论文）课题任务书二、本科毕业设计（论文）开题报告三、本科毕业设计（论文）中期报告四、毕业设计（论文）指导教师评阅表五、毕业设计（论文）评阅教师评阅表六、毕业设计（论文）答辩评审表2011届本科生毕业设计（论文）资料第一部分设计说明书（2011届）本科生毕业设计说明书铌酸锂晶体光学性能的仿真研究2011年5月o本科生毕业设计铌酸锂晶体光学性能的仿真研究系（部）：电子与通信工程系专业：应用物理学学号： 2007041115学生姓名： o指导教师： o 讲师2011年5月长沙学院毕业设计(论文)摘要线性电光效应在很多领域特别是光通信领域有着重要的应用，以它为物理基础的电光调制是目前应用最广泛的光调制方式之一。

电光调制器可以对光波进行调幅、调强、调频、调相和调偏振，应用领域非常广阔。

线性电光效应耦合波理论是本论文的基础，它是由She等人提出的一种全新的理论方法。

这一理论的优点是给出了严格解，应用条件没有特殊限制，其外加电场方向、入射光方向及偏振方向都可以是任意的。

锌离子注入铌酸锂晶体的光谱特性郑丽杰;苏红;张传义;李可尧【摘要】利用离子注入技术和氧气氛围高温退火制备了不同掺锌剂量的铌酸锂样品，并研究了锌离子浓度以及退火状态对铌酸锂晶体紫外和红外波段特性的影响。

紫外波段，锌离子的注入使铌酸锂晶体的吸收边红移，退火后吸收边均与纯铌酸锂晶体的相同，锌离子的注入降低了铌酸锂晶体的透射率；红外波段，纯铌酸锂晶体分别在3486 cm －1、2851 cm －1和2917 cm －1处出现主次吸收峰，掺锌样品的主吸收峰位置与纯铌酸锂晶体相比发生微小的红移，X 切向铌酸锂样品有明显的次吸收峰，而退火前 Z 切向铌酸锂样品的次吸收峰不明显，退火后吸收峰变锐利。

锌离子的注入以及退火状态对铌酸锂晶体的透射率有影响，分别增强和减弱 X 切向和 Z切向铌酸锂晶体的透射率。

%The ion implantation and annealing at high temperature in oxygen atmosphere was used to prepare LiNbO3 samples with different Zn2 + implantation concentrations.The effects of different Zn2 + implantation concentrations and annealing state on the ultraviolet and infrared properties of LiNbO3 crystal were studied.In ultraviolet wave band,ex-periment results show that Zn2 + implantation makes LiNbO3 absorption band edge shift to longer wavelength,and an-nealed samples have the same absorption band edge with pure LiNbO3 crystal.Zn2 + implantation reduces transmit-tance of LiNbO3 crystal.In infrared wave band,the pure LiNbO3 crystal appears the primary and secondary peaks in 3486cm -1 ,2851cm -1 ,2917cm -1 ,respectively.And compared with pure LiNbO3 crystal,the positions of the primary absorption peaks for Zn implantation samples occur slightly red shift.Thesecondary absorption peaks for X-cut LiN-bO3 crystal are obvious.The secondary absorption peaks for Z-cut LiNbO3 crystal are not obvious before annealing, but become sharp after high temperature annealing.Zn2 + implantation enhances the transmittance of X-cut LiNbO3 crystal,but reduces the transmittance of Z-cut LiNbO3 crystal.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】5页(P166-170)【关键词】铌酸锂晶体;锌离子注入;紫外光谱;红外光谱;吸收系数;吸收边【作者】郑丽杰;苏红;张传义;李可尧【作者单位】深圳市激光工程重点实验室，深圳大学电子科学与技术学院，广东深圳 518060;深圳市激光工程重点实验室，深圳大学电子科学与技术学院，广东深圳 518060;深圳市激光工程重点实验室，深圳大学电子科学与技术学院，广东深圳 518060;深圳市激光工程重点实验室，深圳大学电子科学与技术学院，广东深圳 518060【正文语种】中文【中图分类】TN211铌酸锂晶体是一种人工的通用型晶体,在常温下成铁电相结构,属于三方晶系,拥有良好的电光、双折射、光折变效应等物理特性；物理和化学性能稳定,耐高温；生长成本低,易于加工,可以生长大尺寸晶体；另外,由于铌酸锂晶体本身具有大量的本征缺陷,可以通过掺杂各种轻离子和重离子改变铌酸锂的某些特性,使得铌酸锂晶体在相当多的领域中得到广泛的应用,尤其在参量振荡器、倍频转换、声光器件、光学调制器、光波导以及全息存储等方面的应用[1-2]。