摻雜鈮酸鋰晶體的缺陷和性質(zhì)研究.pdf

1、本文從化學鍵的觀點出發(fā)，綜合考慮離子半徑和化合價對離子占位的影響，提出了用鍵能方法來研究摻雜離子在鈮酸鋰(LiNbO<,3>)晶格中的占位以及不同摻雜離子對LiNbO<,3>晶體光學性能的影響。 在LiNbO<,3>晶格中，摻雜離子M通常進入Li位或Nb位形成M-O鍵，根據(jù)鍵能越相近，化學鍵的性質(zhì)越相似，摻雜引起晶格變形越小的觀點，分別比較M-O鍵與正常格位Li-O鍵和Nb-O鍵的鍵能變化大小，判斷出摻雜離子優(yōu)先進入Li位還是N

2、b位。研究結(jié)果表明通過理論計算得到的摻雜離子占位情況與實驗結(jié)果一致。 通過分析摻雜離子占據(jù)不同格位的鍵能變化情況，發(fā)現(xiàn)光折變離子無論占Li位還是占Nb位鍵能都減小，而抗光折變離子占Nb位時鍵能增加。根據(jù)這一規(guī)律提出了用鍵能標準來區(qū)分光折變離子和抗光折變離子，并預測了一些新的抗光折變離子用于指導鈮酸鋰光學器件的研究與開發(fā)。 運用鍵能方法定量計算了抗光折變離子在LiNbO<,3>晶體中的理論摻雜閾值。以目前研究得最為廣泛且閾

3、值濃度最為統(tǒng)一的同成分摻Mg鈮酸鋰晶體的閾值5.0 mol％為基準，分別計算了未摻雜LiNbO<,3>與摻Mg：LiNbO<,3>晶體的鍵能，比較后發(fā)現(xiàn)摻Mg：LiNbO<,3>晶體閾值處的鍵能比未摻雜LiNbO<,3>晶體的鍵能小2.14 kcal。根據(jù)不同抗光折變摻雜LiNbO<,3>晶體在閾值處所呈現(xiàn)出的共性，在相同的生長條件下，所有的抗光折變摻雜離子在閾值處都會使晶體的鍵能減小2.14 kcal。根據(jù)這一推論分別計算了抗光折變離

4、子在同成分和近化學計量比LiNbO<,3>晶體中的理論摻雜閾值，定量計算的結(jié)果與實驗報道結(jié)果很接近。 從晶體化學結(jié)構(gòu)式出發(fā)，提出了抗光折變離子在鈮酸鋰晶體中的摻雜取代機理，并在此基礎上研究了晶體鍵能與缺陷結(jié)構(gòu)之間的內(nèi)在關系，發(fā)現(xiàn)晶體鍵能與本征缺陷Li空位的變化趨勢相反，晶體鍵能隨著摻雜量的增加先增加后減小而后又增加，而Li空位隨著摻雜量的增加先減小后增加而后又減小。 論文最后還研究了摻雜LiNbO<,3>晶體的缺陷能級。