光波导铌酸锂晶体 高均匀性掺镁铌酸锂晶体的生长及光学性能研究

高均匀性掺镁铌酸锂晶体的生长及光学性能研究

三、光学性能研究 1.紫外—可见吸收光谱的测试。铌酸锂晶体的光学吸收 边被认为是电子由O2-的2P轨道向Nb5+的4d轨道跃迁所需能 量决定的，掺杂离子进入铌酸锂晶格，会影响带隙宽度，造 成吸收边产生红移或者紫移，因此通过紫外—可见光谱观察 吸收边的移动，可以研究晶体内部的缺陷结构。我们采用 BECKMAN DU-8B紫外—可见光分光光度计，在室温下测试1mm 高掺镁铌酸锂晶片的紫外—可见吸收谱。

晶体的吸收边位置定义为吸收系数α等于15cm-1时对 应的波长。选取300—500 nm作为吸收谱的范围。为了分析 晶体的均匀性，我们在4块样品沿c轴方向的上中下部位分别 取一点进行实验。

图2为cs-MgO：LN系列掺镁铌酸锂晶体中Mg2和Mg4的紫 外—可见光吸收谱的测试结果。从图中可以看到，Mg2上中下三部分的吸收边范围在317.0—317.25nm之间，相差不到 0.5nm，且沿着c轴从上到下，吸收边逐渐红移。这是符合预 期的，因为离子分凝会造成晶体下部分的掺镁量小于上部分， 随着掺镁量的减少，晶体缺陷增多，吸收边逐渐红移。从实 验结果看，Mg1和Mg3都服从这样的规律。但对于图2中的Mg4， 由于掺杂的配比与前三个不同，所以吸收边呈现出不同的结 果，样品中部的吸收边最小，然后是样品顶端，最大的是样 品底部，但是所有样品不同部位的吸收边相差都不到0.5nm。

由此可见，4块样品的光学均匀性还是比较好的。

我们又选取4块样品中部点作对比，如图3所示，Mg1、 Mg2、Mg3晶体的吸收边都在317nm左右，只有Mg4的吸收边在 315nm处发生了紫移，可见Mg4晶体的内部缺陷相对较少，我 们可以推测是因为Mg4晶体的掺镁量最高且晶体的Li/Nb比 最高。

2.OH-吸收谱的测试。由于OH-振动对周围的离子环境非 常敏感，可以将OH-作为探针来研究晶体的缺陷结构。我们 用MAGNA-560 FT-IR型红外光谱仪在室温下对1mm晶片进行测 试，测试范围为400—4000cm-1，分辨率为4 cm-1，扫描次 数为20次。

图4是cs-MgO：LN系列晶体的OH-吸收谱。如该图所示， 所有样品的OH-吸收带处于3484 cm-1附近，并没有发生移动。

我们需要对它们的OH-吸收谱线进行更详细地研究。

图5为Mg2三峰拟合结果。为了比较cs-MgO：LN系列晶体OH-谱线内部结构的不同，我们将其进行了归一化处理。将 它们的透射谱转换成吸收谱，并对各吸收谱用Lorentz函数 进行三峰拟合，以便对谱线结构进行进一步的研究。

我们同样对其他3块晶体进行了拟合，拟合后Mg1的峰值 为3485cm-1，Mg2、Mg3、Mg4的峰值为3483cm-1，cs-MgO：
LN晶体的三峰拟合峰位与LN晶体的3484cm-1相比，没有发生 大的变化。而对于cs-MgO：LN系列晶体，特别是Mg4，我们 希望看到由于MgO的掺杂浓度超过阈值，Mg2+开始占据铌位， 而出现一个新的吸收峰3498cm-1。

然而，cs-MgO：LN晶体OH-吸收谱的研究结果表明，在 cs-MgO：LN系列的4块晶体中，MgO的掺杂浓度都没有达到实 际阈值浓度。

四、结论 我们生长的系列高掺镁铌酸锂晶体，均匀性良好，Mg1、 Mg2、Mg3晶体的吸收边都在317nm左右，只有Mg4的吸收边在 315nm处发生了紫移，可见Mg4晶体的内部缺陷相对较少，因 为Mg4的掺镁量最高且Li/Nb比最高。OH-吸收谱的研究结果 表明，在cs-MgO：LN系列的4块晶体中，MgO的掺杂浓度都没 有达到实际阈值，所以进行更高浓度的掺杂，生长高品质的 高掺镁铌酸锂晶体是接下来要做的重要工作。

参考文献：
[1]付博,张国权,赵璐冰.同成分掺镁铌酸锂晶体的紫 外光至吸收与之效应的研究[J].光学学报,2005,(25).[2]Furukawa Y,Sato M,Kitamura K,et a1.J.Appl.Phys,1992,72(8):3250-3254.