铌酸锂晶体电光系数的误差分析

电光系数是铌酸锂晶体的重要性能参数,密切关系着电光器件的设计和应用.然而由于铌酸锂晶体的合成条件不相同使得晶体的电光系数没有理论值,给电光系数测量值的误差分析带来困难.本文从数值分析的角度,利用开源的Python程序包拟合实验数据,得到拟合参数及其不确定度,再由误差传递理论推导出晶体的电光系数及其误差.本文利用半波电压法测量晶体电光系数的相对误差小于2%,具有很高的精度.文中还给出了当前广泛使用的Python程序的拟合源代码,欢迎相关科研人员参考使用.

应用于1064 nm倍频实验的啁啾周期极化铌酸锂晶体的结构设计与角度鲁棒性测试

通过倍频技术产生的532 nm固体激光器是目前应用最广泛的激光器之一,其最常用的倍频晶体三硼酸锂(LBO)在角度鲁棒性与倍频效率上仍有不足.为获得具有较好的角度鲁棒性的倍频晶体,实现激光器结构复杂度的降低与稳定性的提升,本文从角度鲁棒性的理论分析出发,对啁啾周期极化铌酸锂(CPPLN)晶体的结构进行设计,并对其进行理论仿真与实验测试.模拟仿真的结果表明,该设计结构的CPPLN晶体具有良好的角度鲁棒性,在-3°至+3°的范围内倍频效率一直维持在最高倍频效率的60%以上.倍频实验的结果显示可以达到LBO晶体的11倍以上.同时CPPLN晶体的倍频光功率关于入射角度的半高宽可以达到6°以上,并且出射光斑为标准的高斯光斑,几乎不受入射角度的影响.研究表明,CPPLN晶体具有远高于LBO晶体的倍频效率,且角度鲁棒性优于LBO晶体的角度鲁棒性.

飞秒激光直写铌酸锂晶体半包层光波导

本文采用飞秒激光微纳加工技术在铌酸锂(LiNbO_(3))晶体中成功制备了直径为30、40和50μm的半包层波导,并通过端面耦合技术对其导波性能进行测试,得出半包层波导在633、1550 nm波长下具有优良的传输性能,且仅支持TM偏振方向传输,具有单偏振性;通过计算波导的传输损耗,得出了30μm直径的波导在633及1550 nm波长下传输性能最佳。并且通过Rsoft软件理论计算,证明了实验结果的合理性。本研究结果为光波导设计和性能优化提供了重要的参考,具有一定的实验和理论价值。

铌酸锂晶体结构对电场传感器灵敏度影响分析

铌酸锂晶体光学电场传感器为全介质结构,具有宽带宽、对被测电场干扰小的优点,但其灵敏度较低。因此,分析了晶体几何尺寸对传感器灵敏度的影响机理,得出通过增加沿外加电场方向的晶体尺寸同时减少晶体横截面上沿外加电场垂直方向的晶体尺寸来提高传感器的灵敏度。使用COMSOL仿真分析了铌酸锂晶体不同厚度、宽度、长度对晶体内部电场强度的影响,得出晶体厚度从15 mm减小到3 mm和宽度从3 mm增加到22 mm时,晶体内部电场强度分别提高约5.1倍和12.3倍;晶体长度从15 mm变化到55 mm时,晶体内部的电场强度变化仅约为5%。设计并研制出晶体尺寸分别为3 mm×3 mm×42.2 mm (x×y×z),3 mm×6 mm×42.2 mm (x×y×z),6 mm×6 mm×42.2 mm(x×y×z)的三只铌酸锂晶体电场传感器,并搭建工频电场测试平台,测试得出三只电场传感器的灵敏度分别为0.243 mV/(kV·m^(-1))、0.758 mV/(kV·m^(-1))、0.150 mV/(kV·m^(-1))。当晶体厚度和长度一定且晶体宽度从3 mm增加到6 mm时,传感器灵敏度提高3倍。当晶体宽度和长度一定且晶体厚度从6 mm减小到3 mm时,传感器灵敏度提高5倍。结合仿真与实验结果得出:在晶体长度一定时,可以通过设计使用宽度更宽、厚度更薄的晶体,研制出高灵敏度的电场传感器。

济南大学刘宏团队在8英寸X轴铌酸锂晶体制备技术领域取得新突破

近期,济南大学刘宏、孙德辉教授团队在8英寸X轴铌酸锂晶体生长技术领域取得重要突破。他们基于结晶学与晶体生长物理学的研究,改进晶体生长技术,采用[1120]晶向的LiNbO_(3)晶块作为籽晶,利用提拉法生长获得了直径8英寸(200 mm)、等径长度65 mm的铌酸锂单晶(见图1)。

铌酸锂与钽酸锂晶体压电性能随空间变化的研究

本文利用坐标变换的方法 ,探讨了LiNbO3与LiTaO3晶体压电系数d33,d31和机电耦合系数k33,k31随空间方向变化的规律 ,分别得到这 2种晶体的d33,d31,k33和k31的最大值及其方向。对于LiNbO3而言 ,maxd33=39.6pC/N ,maxk33=0 .6 0 ,在镜面yoz内分别右偏z轴 6 1.0°和 57.0° ,数值分别是原来约 6 .4倍和 3.7倍。对于LiTaO3而言 ,maxd33=14.6pC/N ,maxk33=0 .35,在镜面yoz内分别右偏z轴 56 .5°和 54.0° ,数值分别是原来的 1.8倍和 2 .1倍。

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 .

基于掺镁周期极化铌酸锂晶体的内腔单共振连续可调谐光参量振荡器

为了用简单、紧凑的谐振腔获得稳定的激光输出,大的调谐范围和转换效率,设计了信号光单共振V型光学参量振荡(OPO)腔,采用内腔式抽运周期极化掺镁铌酸锂晶体(PPMgLN)的光学参量振荡技术获得了连续中红外宽波段调谐激光的输出。用808nm半导体激光抽运Nd∶YVO4晶体产生的1 064nm激光作为光参量振荡的基频光,通过V型腔灵活控制激光光斑并改变PPMgLN的极化周期和控制温度实现了2 249～3 706nm中红外的连续宽波段调谐激光输出。在半导体激光抽运功率为10.5W,极化周期为29.98μm,控制温度为411K的情况下获得了最高650mW的中红外激光输出,对应的中心波长为3 466nm,线宽为2.6nm,具有较好的单色性。在7.5W的入射功率下,最高808nm抽运光到闲频光的转化效率达7.73%,对应输出功率为580mW。

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 .

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 %。

近化学计量比钽酸锂晶体的拉曼光谱研究

本文研究了不同组分钽酸锂晶体的拉曼散射光谱,我们发现,在谱线的形状和数量方面,近化学计量比晶体与同成分晶体存在明显差异。通过实验,我们得到了钽酸锂晶体完整的长波长光学模式,并首次给出了钽酸锂晶体拉曼线宽和晶体组分的定量关系。另外,我们还发现了两个与本征缺陷相关的局域模,278 cm-1和750 cm-1峰,它们的强度与晶体中本征缺陷的数量成正比。

铌酸锂晶体的抛光机理及精密加工工艺

采用Stober法制备了平均粒径分别约为50nm和300nm的SiO2抛光液。通过透射电镜、粒径测定仪、zeta电位仪测试和分析了制备的SiO2抛光液的粒径分布、分散度和稳定性。结果表明:抛光液中SiO2溶胶颗粒为球形,溶胶粒子的分散度小,并且具有较好的稳定性。用制备的粒径分别为50nm和300nm的SiO2抛光液对铌酸锂晶体样品进行化学机械抛光,研究了压力、抛光盘速度、抛光液流量及时间对抛光过程的影响。抛光结果表明:采用粒径为50nm的SiO2抛光液的抛光效果最好。最佳抛光工艺参数是:采用沥青抛光盘,50nm的SiO2抛光液,转速为40r/min,抛光液流量为3mL/min,压力为17kPa,抛光时间为60min,去除率为30nm/min。采用激光平面干涉仪、原子力显微镜检测了抛光后样品的面型精度和粗糙度,样品的最佳面型精度为0.134λ(λ=0.6328nm),粗糙度为0.32λ。

高浓度掺Er^(3+)铌酸锂晶体的光谱参数计算

用提拉法成功地生长了6mol%的高浓度掺铒铌酸锂晶体。测量了晶体的两个非偏振方向(X和Z)以及两个偏振方向(π和δ)的吸收光谱。高浓度掺铒铌酸锂晶体的吸收系数高,有利于提高泵浦效率。根据所测的吸收光谱用Judd-Ofelt理论拟合出了Er3+离子的强度参数Ωλ。所得的均方差结果显示偏振拟合的误差要小于非偏振拟合。利用偏振吸收数据计算了各能级跃迁的自发辐射跃迁几率(AJJ′)、辐射寿命(τ)、荧光分支比(β)和积分发射截面(σp)等参数,对计算结果进行了讨论并与其他文献的报道结果进行了比较。

双掺杂铌酸锂晶体的生长及其光折变性质

采用提拉法以固液同成分配比（Ｌｉ２ＣＯ３／Ｎｂ２Ｏ５＝４８．６／５１．４）生长了Ｆｅ掺杂及（Ｚｎ，Ｆｅ）、（Ｍｇ，Ｆｅ）和（Ｃｅ，Ｆｅ）双掺杂ＬｉＮｂＯ３（ＬＮ）单晶。Ｃｅ∶Ｆｅ∶ＬｉＮｂＯ３晶体的质量，指数增益系数和衍射效率皆高于Ｆｅ∶ＬｉＮｂＯ３晶体。所测得（Ｚｎ，Ｆｅ）∶ＬＮ、（Ｃｅ，Ｆｅ）∶ＬＮ、（Ｍｇ，Ｆｅ）∶ＬＮ和Ｆｅ∶ＬｉＮｂＯ３晶体的抗光致散射能力分别为８．２×１０３，３．２×１０２，８．３×１０２和１．２×１０２Ｗ／ｃｍ３；在４８８ｎｍ光进行的光折变实验中还原处理后的（Ｃｅ，Ｆｅ）∶ＬｉＮｂＯ３晶体具有最高的二波耦合增益系数，为４０．２ｃｍ－１，其全息衍射效率可达８２．２％；实验结果表明（Ｚｎ，Ｆｅ）∶ＬｉＮｂＯ３和（Ｍｇ，Ｆｅ）∶ＬｉＮｂＯ３具有抗光散射能力强，响应时间短的特点，而（Ｃｅ，Ｆｅ）∶ＬｉＮｂＯ３的增益系数和衍射效率均为最高，明显优于Ｆｅ∶ＬｉＮｂＯ３晶体。

掺铒铌酸锂晶体的光谱数据与斯塔克能级

本文首次报导了掺铒铌酸锂晶体的光学性质和光谱数据，包括吸收光谱、发射光谱、荧光寿命及有效截面等。分析了跃迁的能级归属和晶格场作用下的Ｓｔａｒｋ劈裂，评价了利用此种材料实现１．５μｍ和５５０ｎｍ输出的激光运转系统，并估算了阈值泵浦功率。

铌酸锂晶体的研磨亚表面损伤深度

针对光学材料研磨过程引入的亚表面损伤层（SSD）深度对工件的抛光工序效率和表面质量的影响,探索了光学材料在研磨过程中的亚表面损伤规律。采用角度抛光的方法测量了软脆材料铌酸锂（LN）晶体的损伤层深度,分析了研磨方式、磨粒粒径和研磨压力对工件亚表面损伤层的影响规律。结果表明：研磨方式对损伤缺陷的影响最为显著,相同研磨条件下游离磨料研磨后的损伤层深度约为固结磨料研磨的3~4倍,游离磨料研磨后工件亚表面存在多处圆弧形裂纹,固结磨料研磨后主要显现细小裂纹和＂人＂字型裂纹;当磨粒粒径从W28下降到W14后,游离研磨的亚表面损伤层深度下降至原来的45%,而固结研磨的损伤层深度下降至30%;另外,研磨压力的降低有利于减小工件的亚表面损伤。该研究对LN晶体研磨方式及研磨工艺的选择具有指导意义。

铌酸锂晶体中氧空位缺陷的热力学研究

首次测量了同成分和掺铁铌酸锂晶体中氧空位的生成焓,发现掺铁可以使铌酸锂晶体中氧空位生成焓大为降低。讨论了实验结果,并提出光折变铌酸锂晶体的还原处理可以在较低的温度下进行。

光栅摄谱仪的改进及其在周期性极化的铌酸锂晶体倍频研究中的应用

由于电荷耦合器件(CCD)具有光谱响应范围宽、检出限低、动态范围宽、暗电流和读出噪声低以及具有积分信号、多道同时检测和实时检测等能力的优点,在光谱测量和光谱成象领域获得了广泛的应用。将传统的1m光栅摄谱仪和科学CCD相结合,使其具有实时快速测量激光光谱的能力。将其应用于宽带双包层光纤激光在周期性极化的LiNbO3晶体(PPLN)中倍频特性的研究,观察到了倍频激光光谱随PPLN控制温度的动态变化过程,并对此进行了详细分析。

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。

红外弱光诱导掺铟铁铌酸锂晶体的光折变效应

掺铟铁铌酸锂(In∶Fe∶LiNbO3)晶体在红外弱光辐照下正常折射率变化量Δn可以达到10-4数量级.探讨了光生载流子在漂移、扩散和光生伏打效应三种机制下输运迁移以及空间电荷场的形成过程.研究结果表明,光致折射率变化的机制主要是由光生伏打效应引起,并观察到在正常偏振光辐照下,红外弱光与可见光引起晶体的正常折射率变化分布明显不同.