鈮酸鋰（LiNbO3）晶體是一種集電光、聲光、光折變和激光活性等多功能效應(yīng)于一體的光學(xué)晶體材料,在光放大、光調(diào)制、光信息存儲等諸多領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。LiNbO3晶體優(yōu)異的功能性很大程度上與晶體結(jié)構(gòu)密切相關(guān),LiNbO3晶體具有非中心對稱結(jié)構(gòu)且具有自發(fā)極化,使其表現(xiàn)出非線性光學(xué)特性以及鐵電性;其晶體中含有大量的本征缺陷,能夠作為光吸收中心使LiNb03晶體具有本征的光折變性質(zhì);LiNbO3晶體特殊的晶體結(jié)構(gòu)使其能夠容納大多數(shù)種類的離子摻雜進(jìn)入晶格,以調(diào)控其多種物理化學(xué)性能。然而,由于LiNb03晶體中Li和Nb位點(diǎn)具有類似的晶格環(huán)境,實(shí)驗(yàn)表征其缺陷結(jié)構(gòu),以及探究其光學(xué)性質(zhì)等的來源存在一定困難,加之LiNbO3晶體的缺陷結(jié)構(gòu)復(fù)雜,也為實(shí)驗(yàn)上表征和理解其微觀結(jié)構(gòu)與物理化學(xué)性能之間的關(guān)系帶來一定的阻礙,導(dǎo)致目前對LiNb03晶體微觀結(jié)構(gòu)和性質(zhì)尚未被充分認(rèn)識。鑒于實(shí)驗(yàn)測試和表征的局限性,采用理論研究手段構(gòu)建鈮酸鋰晶體微觀缺陷結(jié)構(gòu)和宏觀功能特性之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián),是一種行之有效的方法。本論文以微觀缺陷為基本出發(fā)點(diǎn),研究了 LiNbO3晶體內(nèi)部的本征點(diǎn)缺陷和疇壁缺陷,以及外在的光折變和抗光折變離子摻... 

【文章來源】：山東大學(xué)山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：183 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１?ＬｉＮｂ０３晶體結(jié)構(gòu)示意圖，（ａ）順電相，（ｂ）鐵電相??

因此給實(shí)驗(yàn)上精確探測缺陷團(tuán)簇結(jié)構(gòu)形式帶來挑戰(zhàn)。??１．２．２疇壁缺陷??室溫下ＬｉＮｂ０３晶體由于存在自發(fā)極化，造成體系因靜電能增加而不穩(wěn)??定。因此晶體內(nèi)往往存在許多自發(fā)極化沿著同一方向的小區(qū)域，該小區(qū)域被??定義為晶疇（ｄｏｍａｉｎ）。兩個相鄰晶疇之間的自發(fā)極化方向不同，它們的分??界線則被定義為疇壁（ｄｏｍａｉｎ?ｗａｌｌ）?［３６，３７］。對于ＬｉＮｂ０３鐵電晶體，Ｌｉ和??Ｎｂ的位移只有＋ｃ和－ｃ兩個方向，因此晶體內(nèi)僅有１８０°疇壁，即疇壁兩側(cè)自??發(fā)極化方向平行排列。如圖１．２所示。當(dāng)兩個極化方向都指向界面時形成的??界面疇壁屬于頭碰頭（ＨＨ）型疇壁，而兩個極化方向都背向界面時形成的??屬于尾對尾（ＴＴ）型疇壁［３８－４０］。從微觀原子尺度來看，理想的疇壁結(jié)構(gòu)是??由單原子層組成的，該原子層兩側(cè)晶疇的極化方向不同。但是實(shí)際情況下，??鐵電疇壁的結(jié)構(gòu)由于空間對稱性的破壞，往往伴隨著幾個晶格的局部結(jié)構(gòu)發(fā)??生畸變，是典型的二維界面缺陷結(jié)構(gòu)。此外，疇壁界面因自發(fā)極化的方向中??斷會產(chǎn)生不同于體介質(zhì)的極化分量，從而引起疇壁區(qū)域的應(yīng)力、光學(xué)和電學(xué)??性質(zhì)等宏觀性能發(fā)生變化［４１－４７］。??ＪＪＪ．?ｔｉｔ??ｔｉｔ?ｆｎ??圖１．２ＬｉＮｂ０３中疇壁結(jié)構(gòu)示意圖：（ａ）ＨＨ疇壁，（ｂ）ＴＴ疇壁??近年來，由于疇壁為實(shí)現(xiàn)納米尺度的功能性器件提供了可能性，鐵電疇??壁的電學(xué)性質(zhì)己經(jīng)引起越來越多研宄工作者的興趣。實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)，當(dāng)載流子??濃度足夠高時，周期性極化的ＬｉＮｂ０３和單晶ＬｉＮｂ０３晶體中的鐵電疇壁會??５??

?山東大學(xué)博士學(xué)位論文???于光輻照引起折射率改變的可逆現(xiàn)象稱之為“光折變效應(yīng)”。后來Ｃｈｅｎ等??人［６９，７０］將這種性質(zhì)用于全息光學(xué)記錄，從此光折變效應(yīng)的研究工作迅速地??在世界范圍內(nèi)開展起來。如圖１．３所示，ＬｉＮｂ０３晶體光折變效應(yīng)的基本過程??如下：晶體中存在的某些外在雜質(zhì)或缺陷可以充當(dāng)電荷的施主或受主，當(dāng)晶??體在調(diào)制光的輻照下，雜質(zhì)或缺陷上的電荷受光激發(fā)而進(jìn)入導(dǎo)帶或價帶，在??導(dǎo)帶或價帶中的電子或空穴由于濃度梯度而擴(kuò)散，或由于外加電場而漂移，??或由于光生伏特效應(yīng)而運(yùn)動。這些運(yùn)動著的載流子最終被受主俘獲，從而使??這些雜質(zhì)或缺陷上的電荷分布有了變化，形成了與光強(qiáng)調(diào)制變化相對應(yīng)的空??間電荷分布，進(jìn)而通過線性電光效應(yīng)引起晶體折射率的變化。??／ｗ卜十、’＿?Ｖ’＿＿＿光強(qiáng)分布??導(dǎo)帶?一一－＾?？尤自由載流子密度??ＡＡＡ／ＶＩ?＼Ａ??一?務(wù)主—?施主?間電荷分布??■??？＊?夸?寺?受主?＊八??Ｆｘ（ｘ）?一一？文空間電荷場??ｒ／７７／／／／ｍ／７ｚ／／／ｒ／／／／７／／／／７／／／，價帶??Ｍｘ）?￣？尤折射率變化??圖１．３?ＬｉＮｂ〇３晶體中光折變效應(yīng)的物理過程??由上述光折變的微觀機(jī)理可知，提高ＬｉＮｂ０３晶體光折變效應(yīng)的關(guān)鍵是??要在晶體中增加合適的光折變中心作為電荷的施主或受主。由于ＬｉＮｂＣｂ晶??體所表現(xiàn)出的光折變能力比較弱，在信息的全息存儲過程中并不能發(fā)揮出良??好的存儲特性，于是，為了使其表現(xiàn)出更強(qiáng)的光折變能力，改善其全息存儲??的各項(xiàng)性能，可通過將一些光折變敏感的雜質(zhì)離子摻入鈮酸鋰晶體來實(shí)現(xiàn)，??如Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｃｅ、


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