提拉法生长平肩同成分铌酸锂晶体的研究

提拉法生长的晶体肩部形状普遍为斜肩,但斜肩的肩部质量差且加工难度大,会降低晶体的利用率,生长平肩晶体可以解决该问题。然而,平肩晶体对热场和扩肩工艺要求非常高,扩肩阶段易出现多晶和包裹体缺陷。铌酸锂晶体作为一种多功能晶体材料,在电子技术、光通信技术、激光技术及集成光子学技术等领域得到了广泛应用。本研究以同成分铌酸锂晶体为例,利用数值模拟和实验方法,研究了提拉法生长平肩晶体的热场和扩肩工艺。结果表明:提拉法生长平肩晶体时,放肩阶段结晶前沿的界面形状需保持微凸;反射屏降低(10 mm)可减小结晶前沿的温度梯度,避免肩部生成多晶;扩肩速度以监控为主,微调加热功率保证扩肩趋势,适当增大扩肩初期(ϕ≤30 mm)的速度,降低中后期(ϕ≥35 mm)的扩肩速度,可达到不产生包裹体和缩短放肩周期的目的;采用小幅度(Δt=10 min)微调拉速(Δv=0.2 mm/h)和功率的策略,可实现拉速(0~1.5 mm/h)的快速变化(1.5~2 h)而不影响晶体扩肩趋势和质量。使用优化后的热场和扩肩工艺,获得了系列三英寸平肩同成分铌酸锂晶体,晶体光学均匀性良好。

铌酸锂导电畴壁及其应用

铌酸锂(LiNbO3,LN)是一种多功能的单轴铁电材料,广泛应用于光学调制器、光学频率梳、光波导等领域。导电畴壁(DW)作为镶嵌在绝缘材料中纳米尺度的导电通道,在非易失性存储器、逻辑门、晶体管等领域展现出重要的应用前景,促进了铌酸锂在纳米光电子学领域的应用。绝缘体上铌酸锂薄膜(LNOI)畴壁p-n结的实现有望进一步促进铌酸锂基光电一体化芯片的发展进程。本文简要回顾了铌酸锂导电畴壁的研究进展,介绍了畴壁的制备、导电机制、导电类型和畴壁的应用,重点介绍了铌酸锂畴壁p-n结的研究,进一步结合应用热点概述了铌酸锂畴壁光电子器件开发进程中的关键问题、机遇和挑战。

铌酸锂晶体的缺陷结构

铌酸锂是集电光、声光、压电和非线性等性能于一体的人工晶体,在光子学及光电子学等领域具有广泛的应用前景,被誉为“光学硅”或“光子学硅”。近年来随着基于薄膜铌酸锂的集成光子学的迅猛发展,铌酸锂晶体受到更加广泛的关注。然而铌酸锂是一种典型的非化学计量比晶体,其含有大量的本征缺陷,严重影响了晶体性能;同时,铌酸锂晶格对众多杂质离子都有良好的固溶性,而且晶体的性质随着杂质离子的种类和浓度不同产生显著变化。如同单晶硅等半导体材料的缺陷工程,缺陷已经并且必将继续对晶体的性能及铌酸锂集成光子学产生重要影响。本文对铌酸锂晶体的缺陷结构做了一个简要的回顾,尤其是近期涉及薄膜铌酸锂晶体的相关内容,涵盖了本征缺陷结构、非本征缺陷结构、缺陷结构的表征、缺陷结构的理论计算、缺陷结构与晶体性能的构效关系等方面,以期对当前的铌酸锂集成光子学研究贡献微薄之力。

光学自增强效应与衍射效率的提高

利用含时光折变双光耦合方程数字模拟计算了掺铁铌酸锂晶体中双光耦合的动态过程 ,分析了空间电荷场及其位相、光折变光栅位相等光折变参量的变化过程 ,解释了光折变自增强效应 ,提出了提高光折变光栅衍射效率的有效方法 .

新型三维存储材料及应用

通过实施双掺杂工程,既控制光折变晶体中的光折变敏感中心(即施主中心),又控制其中的电子陷阱中心,优化双掺LN晶体的光折变存储特性,得到了优良的光存储材料,同时,利用光折变全息记录以及全光固定光栅技术,研制成三维全息存储器原型。具体研究成果如下: (1)首次在国际上发现光强阈值效应,打破了国际上传统的“与光强无关”的概念,同时,首次提出最佳写入光强的概念;首次发现高掺镁晶体的紫外光折变增强效应,打破了国际上的“掺镁抗光折变”的概念的绝对化;

三维光折变存储材料及其存储器的研究

未来信息系统中对存储容量、数据传输速率及数据的存储可靠性的要求将更高,高密度数据存储技术始终是信息技术和计算机技术发展中不可缺少的关键研究领域.利用新原理,采用新技术,启用新材料,研究开发新一代高密度、高速存储技术和系统,已经成为国际信息领域的热点和前沿研究方向.

掺镁铌酸锂晶体抗光折变微观机理研究

研究了掺镁掺铁铌酸锂晶体的紫外、可见及红外光谱 ,首次发现当掺镁量超过通常所说的阈值 (第一阀值 )时 ,Fe3+ 离子和部分Fe2 + 离子的晶格占位由锂位变为铌位 ,但仍有部分Fe2 + 离子留在锂位 .晶体缺陷化学分析表明 ,继续增加掺镁量 ,占锂位的Fe2 + 离子数将逐渐减少 ;当掺镁量达到另一个适当的值 (第二阀值 )时 ,全部Fe2 + 都占铌位 ,晶体的抗光折变能力空前提高 ,这种现象称作双阈值效应 .

近化学计量比掺镁铌酸锂晶体周期极化特性研究

采用汽相输运平衡技术制备出了高质量近化学计量比掺镁铌酸锂晶体 ,系统研究了晶体中的 [Li]/ [Nb]比含量对其畴极化电场的影响 .实验结果表明 :随着晶体中 [Li]/ [Nb]比的提高 ,畴极化反转电场呈明显下降趋势 ,使用近化学计量比掺镁铌酸锂晶体 ,我们在 3.5± 0 .1kV/mm大小的外加极化电场条件下 ,成功地实现了 1.0mm厚度的周期极化畴反转 .我们用铌酸锂晶体的缺陷模型对实验结果给出了合理的解释 .

等径控制系统的改进及在光学级铌酸锂生长中的应用

分析了提拉法晶体生长过程中影响滞后变化的因素 ,采用传统PID调节器和计算机辅助控制相结合的办法 ,解决了铌酸锂晶体生长过程中的精确等径控制问题 ,并在大直径铌酸锂晶体生长应用中取得了满意的效果。生长的 76mm直径的铌酸锂晶体 ,生长条纹问题得到很大改善 ,光学均匀性提高了一个量级以上。

准相位匹配LiNbO_3波导全光波长变换的理论研究

对周期性极化LiNbO3(PPLN)光波导实现准相位匹配全光波长变换进行了理论研究 ,得出了提高准相位匹配和全频光波长变换效率的有效途径 ,为准相位匹配全光波长变换器的研制提供了理论指导 .

高掺镁铌酸锂晶体周期极化及倍频特性研究

研究了掺镁(5mol%)铌酸锂晶体的周期极化特性,发现晶体的极化矫顽场仅为3kV/mm,根据镁掺杂对晶体本征缺陷的影响解释了极化矫顽场降低的原因.采用短脉冲极化电场,对极化电流的热效应进行抑制从而消除了晶体均匀性对制备周期极化光栅的影响,在1mm厚的掺镁(5mol%)铌酸锂晶体上成功制备出了均匀的周期极化光栅.在室温下,利用1.064μm的Nd:YAG调Q激光器对得到的周期极化掺镁铌酸锂晶体进行了倍频实验,在输入功率为75mW时,得到3.5mW的532nm倍频绿光输出,转换效率为4.6%.

微片激光器的最新研究进展

微片激光器由于其结构简单紧凑、相干长度长、易实现高亮度的单纵模单频输出,因此成为固体激光器研究领域的热点之一。简要介绍了微片激光器的技术特点及应用,重点介绍了国内外各种微片激光器的最新研究成果及其应用,分析了影响微片激光器发展的因素,并对微片激光器今后的发展趋势进行了展望。

高温度稳定性系列铌酸锂电光调Q开关的研制

通过对影响铌酸锂电光调Q开关工作温度稳定性的原因分析,认为晶体自身的应力是导致铌酸锂电光调Q开关温度稳定性差的主要原因。而减小晶体自身应力的关键主要取决于晶体光学质量的均匀性,同时,组分的波动也会使晶体产生应力。为此利用前期大尺寸铌酸锂晶体质量大幅提高的结果,配合适当的热处理工艺,研制出了系列铌酸锂调Q开关,通过在1064nm、1318nm、2128nm等激光器中应用,这些调Q开关均能稳定工作,完全能够满足激光雷达等脉冲激光器的使用。

周期极化近化学计量掺镁铌酸锂晶体倍频研究

采用气相输运平衡技术 ,对不同掺镁浓度的铌酸锂进行了近化学计量处理 ,并检验了其抗光折变性能。实验结果表明 ,掺摩尔分数为 2 %的镁的近化学计量铌酸锂晶体 ,光折变阈值比同成分晶体提高了 4个量级。通过施加 4 .5kV/mm的脉冲电场 ,在上述 1.0mm厚z切晶体上制备出了周期为 6 .8μm的均匀畴结构。采用声光调QNd∶YAG激光器作抽运光源 ,基频光波波长为 1.0 6 4 μm ,平均输入功率为 2 30mW ,在室温条件下 ,得到波长为0 .5 32 μm,输出功率为 2 .8mW的倍频绿光输出 ,倍频转换效率为 1.2 2 %。

准相位匹配周期极化掺镁铌酸锂490nm倍频连续输出

在室温下通过外加电场极化法 ,首次用较低的极化开关电场～ 5 .5kV/mm ,在厚为 1mm、长为 2 0mm、宽为 18mm的掺镁铌酸锂基片上成功的制备了周期为 4 .8～ 5 .2 μm的一阶准相位匹配倍频光学微结构 ;并在室温下 ,以波长为 980nm的半导体激光器为基频光源 ,对所研制的微结构样品进行倍频通光实验 ,在入射基频光为 80 0mW时 ,产生约 4 0mW的 4 90nm的倍频光 ,其对应转换效率为 5 % 。

铌酸锂晶体及其应用概述

铌酸锂晶体历史悠久,物理效应最为齐全,被用于制备声学滤波器、谐振器、延迟线、电光调制器、电光调Q开关、相位调制器等器件,在电子技术、光通信技术、激光技术等领域得到了广泛应用,并且在第五代无线通信技术、微纳光子学、集成光子学及量子光学等近期快速发展的领域中展示了重要的应用前景。本文简要综述了铌酸锂晶体的基本性质、晶体制备以及应用情况,对铌酸锂晶体未来的应用发展进行了简要分析。

铒离子在氟氧化物玻璃陶瓷中的上转换发光特性研究

用转移函数方法分析了Er3 + 在铒镱共掺杂的氟氧化物玻璃陶瓷中的上转换发光过程 ,Er3 + 绿色辐射的上转换发光强度与泵浦激光功率的非平方关系是由于Er3 + 和Yb3 + 之间的强交叉弛豫过程引起的。讨论了在稀土离子共掺杂的氟氧化物玻璃陶瓷中提高Er3 + 的上转换发光强度的几种方法。

水中微量矿物油污染的光纤荧光监测技术及应用研究

通过对水中矿物油的荧光光谱特性进行理论分析和实验研究,提出并实现了监测水中微量矿物油含量的光纤荧光测量系统,进行了系统性能测试和现场应用实验研究。实验结果表明:应用光纤传感与传输技术的荧光法矿物油测量仪器,其理论正确、设计方案合理,为水中石油污染监测提供了一个全新的技术手段。

半导体可饱和吸收镜实现超短高功率脉冲激光研究进展

介绍了半导体可饱和吸收镜(SESAM)的基本结构及使用半导体可饱和吸收镜被动锁模固态激光器的基本原理。综述了利用半导体可饱和吸收镜被动锁模薄片式固态激光器及光泵浦垂直外腔面发射半导体激光器,获得高平均输出功率超短脉冲的最新进展,并指出量子点半导体可饱和吸收镜的使用将加速超短高功率脉冲的发展。