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畴腐蚀掺镁铌酸锂可调阵列光分束器的研究

物理学报 2016年第1期65卷 196-203页

作者：佟曼范天伟陈云琳北京交通大学理学院微纳材料及应用研究所北京100044

研究了不同畴腐蚀深度的掺镁铌酸锂二维六角可调阵列光分束器的分数Talbot效应.对不同Talbot分数β和不同畴腐蚀深度的阵列光分束器Talbot衍射像进行了数值模拟理论研究.模拟结果表明,Talbot分数β可以改变Talbot衍射像的周期及结构分布... 详细信息

研究了不同畴腐蚀深度的掺镁铌酸锂二维六角可调阵列光分束器的分数Talbot效应.对不同Talbot分数β和不同畴腐蚀深度的阵列光分束器Talbot衍射像进行了数值模拟理论研究.模拟结果表明,Talbot分数β可以改变Talbot衍射像的周期及结构分布,而畴腐蚀深度可有效调制衍射像的光强分布.在理论研究的基础上,设计并制备了具有不同畴腐蚀深度的掺镁铌酸锂二维六角阵列光分束器,对其在不同Talbot分数β条件下的分数Talbot效应进行了通光实验研究,实现了畴腐蚀阵列光分束器对近场Talbot衍射光强分布的调制,实验结果与理论研究结果一致.

关键词： Talbot效应掺镁铌酸锂畴腐蚀光分束

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高掺镁铌酸锂晶体周期极化及倍频特性研究

红外与毫米波学报 2005年第3期24卷 213-216页

作者：颜博霞姚江宏陈亚辉许京军张光寅南开大学物理科学学院光子学中心天津300071

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... 详细信息

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%.

关键词：周期极化掺镁铌酸锂倍频晶体性质准相位匹配

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畴腐蚀掺镁铌酸锂光分束器的泰伯效应研究

光学学报 2014年第9期34卷 259-264页

作者：范天伟陈云琳北京交通大学理学院北京100044

基于菲涅耳衍射理论分析了畴腐蚀二维周期结构掺镁铌酸锂晶体光分束器的泰伯效应,对光分束器不同占空比D及泰伯分数β条件下的近场光衍射自成像进行了数值模拟研究。设计并制备了不同占空比的畴腐蚀掺镁铌酸锂晶体光分束器,并对其进行... 详细信息

基于菲涅耳衍射理论分析了畴腐蚀二维周期结构掺镁铌酸锂晶体光分束器的泰伯效应,对光分束器不同占空比D及泰伯分数β条件下的近场光衍射自成像进行了数值模拟研究。设计并制备了不同占空比的畴腐蚀掺镁铌酸锂晶体光分束器,并对其进行了分数泰伯光衍射自成像的实验研究,得到了不同泰伯分数β条件下的近场光衍射强度分布。结果表明,当光分束器占空比D=52%、泰伯分数β=2时,近场衍射自成像效果最佳,实验结果与理论研究结果相符。

关键词：光学器件衍射泰伯效应掺镁铌酸锂畴腐蚀光分束器

掺镁铌酸锂晶体吸收边紫移及占位离子的离子极化模型

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硅酸盐学报 1991年第6期19卷 523-526页

作者：张洪喜徐崇泉商学彬徐玉恒哈尔滨工业大学应用化学系

测量了系列Mg^(2+):LiNbO_3晶体的吸收边,根据晶体吸收边紫移和离子极化理论,提出:Mg^(2+)将首先取代位于Li^+位的Nb^(5+),当浓度超过5mol％后,才开始进入正常Li^+位。此模型可解释Mg^(2+):LiNbO_3抗光折变增强和光电导增大的机制。

关键词：晶体掺镁铌酸锂吸收边离子极化

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掺镁铌酸锂晶体阈值效应的研究

中国科学（A辑） 1989年第6期20卷 665-672页

作者：冯锡淇张启仁应继锋刘建成殷之文中国科学院上海硅酸盐研究所苏州铁道师范学院物理系

本文测量了一组掺镁和掺铁铌酸锂晶体的OH^-吸收谱、光吸收边、点阵常数、密度、色心吸收谱和Fe^(3+)室温ESR谱及它们与掺镁浓度的关系。观察到存在着掺镁浓度的阈值效应。用缺陷化学讨论了掺镁铌酸锂晶体缺陷结构,给出不同浓度下晶体... 详细信息

本文测量了一组掺镁和掺铁铌酸锂晶体的OH^-吸收谱、光吸收边、点阵常数、密度、色心吸收谱和Fe^(3+)室温ESR谱及它们与掺镁浓度的关系。观察到存在着掺镁浓度的阈值效应。用缺陷化学讨论了掺镁铌酸锂晶体缺陷结构,给出不同浓度下晶体中存在的缺陷格子及其消长规律。计算表明,当一致熔化组份晶体中掺镁浓度达到5.3mol％时,将出现合有Nb位Mg^(2+)的缺陷晶格。认为这是“阈值”的主要标记。用由此引起的LiNbO_3品格中离子环境的改变较满意地解释了上述实验结果,阈值浓度的计算值与实验相符。用本文的结论解释了高浓度掺镁铌酸锂晶体抗光伤能力成百倍提高的原因。

关键词：晶体掺镁铌酸锂阈值效应

掺镁铌酸锂畴腐蚀可调位相阵列光分束器的研究

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掺镁铌酸锂畴腐蚀可调位相阵列光分束器的研究

作者：佟曼北京交通大学

学位级别：硕士

泰伯(Falbot)效应是一种光栅自成像现象,这种无需透镜的光学自成像现象被定义为泰伯(Falbot)效应。基于Talbot效应的阵列光分束器广泛应用于光计算、光存储、光通信等科技领域,吸引了大量学者的关注。掺镁铌酸锂(MgLN)晶体作为一种最成... 详细信息

泰伯(Falbot)效应是一种光栅自成像现象,这种无需透镜的光学自成像现象被定义为泰伯(Falbot)效应。基于Talbot效应的阵列光分束器广泛应用于光计算、光存储、光通信等科技领域,吸引了大量学者的关注。掺镁铌酸锂(MgLN)晶体作为一种最成功的非线性材料,有着极好的非线性光学性能,较广的透光范围、极强的抗光折变性能,使其成为制备周期阵列光分束器件的首选材料。我们首先制备了基于MgLN晶体的二维电光调制阵列光分束器,通过改变外加高压调制电场,成功调制了光分束器的近场衍射光强分布。近年来随着集成光学领域的极速发展,研究人员开始研究不施加外加电场的可调阵列光分束器件,因此我们制备了畴腐蚀结构掺镁铌酸锂二维阵列光分束器,通过改变光分束器的结构参数(占空比D和畴腐蚀深度力来实现对光分束器近场衍射光强分布的调制,有利于周期性阵列光分束器件在光学领域的进一步应用。本文主要研究的内容有：1.介绍了Talbot效应的起源、发展及应用。2.介绍了掺镁铌酸锂晶体的结构及其特性,研究了铁电晶体畴结构的极化反转机制。详细介绍了周期极化掺镁铌酸锂晶体的制备工艺。3.介绍了掺镁铌酸锂二维可调位相阵列光分束的理论基础,详细推导了掺镁铌酸锂阵列光分束的衍射方程。并通过MATLAB数值模拟得到了不同位相差△φ及不同占空比D在不同泰伯分数β处的光分束器近场衍射光强分布。4.详细介绍了畴腐蚀法制备掺镁铌酸锂晶体可调位相阵列光分束器的方法原理,实验设计并制备了具有不同占空比D及不同腐蚀深度d的畴腐蚀结构阵列光分束器,并对其进行通光实验,研究其分数Talbot效应。观察畴腐蚀可调位相阵列光分束器在不同参数条件下的Talbot光衍射自成像。并对比实验结果与数值模拟结果,发现吻合较好。

关键词：阵列光分束器 Talbot效应畴腐蚀掺镁铌酸锂

3阶非线性效应对飞秒脉冲在掺镁铌酸锂晶体中时域延迟的影响分析

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江西师范大学学报（自然科学版） 2014年第2期38卷 132-135页

作者：江蓓聂义友江西师范大学物理与通信电子学院江西南昌330022 江西光电子与通信重点实验室江西南昌330022

将3阶非线性效应引入至基于电光效应控制的超短脉冲群速度理论模拟研究:当改变输入光强、操作温度、波矢失配、极化周期以及横向直流电场时,2阶和3阶非线性效应的共同作用对超短脉冲在掺镁铌酸锂晶体中传播群速度的影响要明显大于仅考虑... 详细信息

将3阶非线性效应引入至基于电光效应控制的超短脉冲群速度理论模拟研究:当改变输入光强、操作温度、波矢失配、极化周期以及横向直流电场时,2阶和3阶非线性效应的共同作用对超短脉冲在掺镁铌酸锂晶体中传播群速度的影响要明显大于仅考虑2阶非线性效应的作用效果.3阶非线性的引入进一步完善了基于块状晶体电光效应的偏振耦合效应,实现"慢光"方案的理论指导意义.

关键词： 3阶非线性电光效应脉冲延迟掺镁铌酸锂

基于周期极化掺镁铌酸锂晶体二维阵列光分束器的研究

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基于周期极化掺镁铌酸锂晶体二维阵列光分束器的研究

作者：范天伟北京交通大学

学位级别：硕士

1836年,***将一束单色平面光照射在一周期性阵列光栅上,发现在光栅后方一些特定位置,可观测到光栅的自身像,这种光学自成像现象被定义为泰伯(Talbot)效应。Talbot效应在周期性阵列光分束器件中广泛存在,正是由于Talbot效应所产生的自成... 详细信息

1836年,***将一束单色平面光照射在一周期性阵列光栅上,发现在光栅后方一些特定位置,可观测到光栅的自身像,这种光学自成像现象被定义为泰伯(Talbot)效应。Talbot效应在周期性阵列光分束器件中广泛存在,正是由于Talbot效应所产生的自成像的简洁与精细,关于这方面的研究已吸引了大量学者的关注。掺镁铌酸锂(MgLN)晶体有极好的非线性光学性能,使其成为研制周期性阵列光分束器件的首选材料。本文首先使用掺镁铌酸锂晶体制备了二维六角位相阵列光分束器,并对其Talbot效应进行了研究。通过调制外加电场,实现了对光分束器近场衍射光强分布的调制,在此基础上,研究了占空比D、位相差△ψ及泰伯分数β对光分束器近场衍射光强分布的影响。同时,随着集成光学领域的快速发展,人们更为期待不施加外调制电场下的可调阵列光分束器件,因此在前期研究基础上,制备了畴腐蚀掺镁铌酸锂二维阵列光分束器,可通过改变光分束器的腐蚀时间调制位相差△ψ,从而实现对近场衍射光强分布的调制,这为周期阵列光分束器件进一步在光学领域的应用打下了基础。本文主要研究的内容有：1.简要介绍了Talbot效应的由来、发展状况及其应用。2.介绍了掺镁铌酸锂晶体的结构及其特性,并对晶体铁电畴的极化反转机制进行了研究,通过外加极化电场法制备了周期极化掺镁铌酸锂晶体阵列光分束器。3.对外加电场可调位相阵列光分束器进行了理论研究,通过数值模拟得到了不同条件下的衍射自成像图。在理论研究的基础上,设计并制备了掺镁铌酸锂二维六角位相阵列光分束器,对其进行了通光实验,实验结果与理论研究结果一致。4.理论分析了畴腐蚀掺镁铌酸锂晶体二维阵列光分束器在不同条件下的近场光衍射强度分布。在理论分析的基础上,设计并制备了具有不同占空比D及不同腐蚀程度的畴腐蚀阵列光分束器,对其进行通光实验,实验结果与理论分析结果相符。考虑到畴腐蚀会破坏阵列光分束器的表面结构,这并不利于其在精密光学领域中的应用,因此,下一步工作将围绕进一步减小光分束器腐蚀程度来展开。

关键词： Talbot效应阵列光分束器掺镁铌酸锂衍射

液相合成—喷雾干燥制备掺镁铌酸锂多晶料及晶体生长研究

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液相合成—喷雾干燥制备掺镁铌酸锂多晶料及晶体生长研究

作者：刘庆波山东大学

学位级别：硕士

铌酸锂(LiNbO3,简称LN)晶体是一种集铁电、压电、非线性光学、电光、光折变等性质于一身的多功能人工晶体材料,具有稳定的化学性质和热学性质,晶体材料价格便宜,易于加工,被广泛的用于电子领域和光学领域。铌酸锂晶体已经在滤波器、声... 详细信息

铌酸锂(LiNbO3,简称LN)晶体是一种集铁电、压电、非线性光学、电光、光折变等性质于一身的多功能人工晶体材料,具有稳定的化学性质和热学性质,晶体材料价格便宜,易于加工,被广泛的用于电子领域和光学领域。铌酸锂晶体已经在滤波器、声表面波器件、光通讯、光波导基片等方面得到了应用。随着社会的发展,无绳电话等通讯器件的数量猛增,对铌酸锂的需求量也进一步加大,到目前为止,铌酸锂晶体仍然是一种经久不衰的人工晶体材料,它的地位是其他任何材料都无法替代的。一般市场上商业化的LN晶体是一种典型的非化学计量比晶体,是用传统的提拉法生长的同成分铌酸锂晶体(Congruent LN,简称CLN),其化学计量比为[Li]/[Nb]=48.6/51.4。虽然CLN晶体已经具有很好的组分一致性,但是由于Li的缺失,使晶体中存在许多本征缺陷(如反位缺陷),大大降低了铌酸锂晶体的诸多物理性能,尤其是晶体的抗光伤的能力,为了提高晶体的光伤阈值,常在CLN晶体中掺入MgO,减小因为Nb反位带来的本征缺陷对晶体性能带来的影响。高性能粉体(多晶原料)的制备是保障后期晶体生长质量的关键因素。一般铌酸锂粉体合成方法是通过将按比例混合的原料在1200℃左右煅烧,经过高温固相反应得到铌酸锂多晶料。在高温煅烧的过程中易于造成Li锂子的挥发,使组分发生偏离,导致出现包裹体、散射颗粒等缺陷,特别是在MgO掺杂原料的合成过程中,由于MgO熔点高,且粉体团聚,容易出现掺杂元素分布不均匀的现象。本文以氢氧化铌(Nb(OH)5)、碳酸锂(Li2CO3)、氧化镁(MgO)、柠檬酸(CA)、盐酸(HCl)、氨水(NH3H2O)为原料采用液相合成-喷雾干燥的方法制备出前驱体粉体,然后煅烧得到掺杂均匀的Mg:LN多晶粉料。合成的具体工艺包括：将氢氧化铌在水浴加热条件下溶于浓盐酸;通过加入柠檬酸生成Nb-CA配合物,形成稳定的铌离子配合物溶液;利用热重精确计算溶液中Nb的含量;根据Nb的含量计算加入的碳酸锂和氧化镁的量,并配制成前驱体溶液;对前驱体溶液进行喷雾干燥得到前驱体粉体;最后经过前驱体的煅烧制备出了掺杂均匀的Mg:LN多晶粉料。对合成的过程及产物进行了以下的分析研究：(1)研究了液相合成的反应机理;(2)通过对螯合前后的物质分析,证实了配合反应的发生和配合物的生成;(3)利用热重分析,了解了前驱体在煅烧过程中的热行为;(4)对不同温度下煅烧的产物进行红外分析,得到了前驱体煅烧的最终温度;(5)通过对煅烧产物的XRD表征,证实了镁离子已经进入铌酸锂的晶格之中,晶胞参数发生了改变;(6)对由不同浓度前驱体溶液得到的前驱体粉体和煅烧后的多晶料进行SEM测试,观察分析了粉体的不同形貌。喷雾干燥的前驱体颗粒呈球形,煅烧后的多晶料颗粒是由许多纳米颗粒形成的球壳。在晶体生长过程中,我们采用提拉法在空气气氛中生长了组分均匀、光学均匀性高的Mg:LN晶体,根据晶体的生长特点和习性设计了独特的生长系统,讨论了影响晶体生长的主要因素：温场、籽晶、生长工艺参数、外界、加料。然后对晶体进行了一系列性质表征：(1)通过测试晶体的紫外吸收边证实了组分的均匀性并得到了晶体中Li20的含量;(2)利用晶体中心和边缘位置的锥光干涉图验证了晶体具有较高的光学均匀性;(3)测试了晶体中心和边缘位置的折射率,折射率明显小于CLN晶体;(4)通过光学均匀性测试,得到晶体的光学均匀性达到2.02X10-5。

关键词：掺镁铌酸锂液相合成-喷雾干燥晶体生长紫外吸收边光学均匀性