导读:本文包含了铈掺杂铌酸锂晶体论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:铌酸锂,掺杂,极化子,电荷迁移机制
铈掺杂铌酸锂晶体论文文献综述
范永军[1]（2019）在《钒铈共掺杂铌酸锂晶体中的极化子及电荷迁移机制研究》一文中研究指出铌酸锂是一种传统的多功能效应晶体材料,具有优异的压电、铁电、电光、声光及光折变等特性,在压电传感器、激光调制器、表面声波器件等方面得到广泛应用,成为少数经久不衰并不断开发新功能特性和应用领域的重要材料。光致吸收性质是铌酸锂晶体重要的光电特性之一,光致吸收是指激发光入射到晶体上,将陷阱能级上的电子或空穴载流子激发到导带,这些被激发的电子或空穴载流子落到能级上会造成准稳态能级上可以被激发的电子或空穴数目增加,从宏观上导致了某个波段吸收系数的增加。由于极化子是载流子迁移的载体,光致吸收现象通常与晶体中的极化子性质密切相关。同成分铌酸锂晶体中存在多种本征极化子,如铌自由小极化子、反位铌(NbLi)束缚小极化子和双极化子等多种电子极化子。变价金属离子掺杂进入铌酸锂晶格后,通常也能够捕获载流子形成极化子。这些极化子在捕获电子或者空穴的同时伴随较大的晶格畸变,并在带隙中引入陷阱能级。同时,外部掺杂极化子与本征极化子发生相互作用,能够影响带隙中陷阱能级的分布和载流子的迁移过程,进而影响晶体的光致吸收性质。因此,深刻理解电荷被极化子束缚和跃迁的行为以及电荷在陷阱能级之间的跃迁和迁移过程,对于深入了解晶体的光致吸收特性本质是非常重要的,对发展铌酸锂晶体诸多应用具有非常重要的意义。通常情况下,铌酸锂晶体中的外部掺杂极化子多为低价态掺杂离子,如Fe,而高价态金属离子掺杂引起的极化子行为研究则较少。高价态金属离子通常具有多种可变价态,更容易捕获多个电子形成电子极化子,且电子占据轨道的形式和能量也易发生变化,从而产生有趣的光学性质。钒(V)与Nb均为第五副族过渡金属,+5价,其掺杂进入铌酸锂晶格后和本征反位铌NbLi相比,是否具有类似的晶格占位、电子结构、极化子行为等,引起了我们的研究兴趣,是本论文研究的内容之一。此外,铈(Ce)可以与多种过渡金属离子实现共掺,在铌酸锂带隙中引入深浅不一的陷阱能级,这对于调控晶体对不同波长光的吸收和由此导致的电子的跃迁和迁移是非常重要的。因此,我们围绕钒、铈单掺杂和共掺杂铌酸锂晶体中的极化子以及电荷迁移机制开展研究,探讨其在带隙中引入的陷阱能级之间的深浅关系,获得极化子对电子的束缚行为,以及外部掺杂极化子与本征极化子的相互作用机理,进而分析电荷在钒铈掺杂铌酸锂晶体中的迁移机制,这将有助于理解掺杂LiNbO3晶体光学性质的来源。本论文基于第一性原理方法,针对钒、铈单掺杂以及二者共掺杂开展了系统的理论研究工作,研究它们在带隙中引入的陷阱能级性质、极化子的存在形式、结构及其捕获载流子的行为,探讨钒、铈掺杂对铌酸锂晶体光学性质的影响,揭示钒、铈掺杂铌酸锂晶体的电荷迁移机制。主要研究内容及结果如下:第一章绪论部分,主要介绍本论文的研究背景和意义。首先介绍了掺杂LiNb03晶体的应用研究进展和意义,然后详细阐述了LiNb03晶体中极化子以及电荷迁移的研究意义及现状,最后阐明本论文的选题意义和研究思路。第二章理论研究方法部分,详细介绍了密度泛函理论的基本原理、交换相关泛函及自洽场计算流程,并在此基础上介绍了本论文计算所使用的VASP量化软件包。第叁章,采用密度泛函理论研究了钒单掺杂铌酸锂的极化子行为,详细探讨了钒掺入铌酸锂中的稳定存在形式、弛豫结构、载流子捕获行为、在带隙中引入的陷阱能级特征等。研究表明,由于晶体中含有大量本征缺陷锂空位(VacLi),费米能级位于价带顶附近,当钒掺杂进入同成分铌酸锂晶体中时优先占据锂格点,形成钒取代锂(VLi)缺陷,并以+4价稳定存在,随着锂空位浓度降低,费米能级向带隙中间移动,+4价VLi缺陷能够同时捕获两个电子形成+2价缺陷,产生负U效应,同时钒开始占据铌格点形成钒取代铌(VNb)缺陷,并以中性态稳定存在;而当V掺杂进入SLN晶体中时,费米能级位于带隙中间,随着V掺杂浓度的增加,费米能级会向导带底方向移动,此时钒能够占据铌格点,并捕获电子发生从0价到-2价的缺陷价态转变。VLi缺陷捕获的两个电子均局域在VLi缺陷中心周围,只引起了最近邻氧八面体的膨胀,是典型的束缚小极化子,VLi继续捕获两个电子,形成中性VLi缺陷时也观察到了类似的束缚小极化子行为。与本征NbLi双极化子相比,由于小极化子的电子束缚能力相对较弱,被束缚的电子更易激发,进而导致电子—空穴复合所需的时间较短,因此对光的响应时间也较短,这与实验上观测到的现象是一致的,从而从微观角度为LiNbO3晶体的实际应用提供理论依据。第四章,进一步研究了钒与本征缺陷反位铌NbLi和锂空位VacLi的相互作用。研究表明,当VLi和NbLi共存于铌酸锂晶格中时,电子首先会被VLi小极化子束缚,分布于VLi和沿非极化方向近邻的Nb离子周围形成束缚双极化子;进一步捕获电子后,VLi与极化方向和非极化方向近邻的Nb离子均产生相互作用,并且均观察到双极化子行为。由此得出,VLi对电子的捕获能力要强于本征缺陷NbLi。此外,VLi极化子在CLN和SLN晶体中的存在形式是不同的,不同的极化子带来了陷阱能级深浅的变化以及电子束缚能力强弱的不同。由于电子从VLi小极化子转移到NbLi双极化子需要的时间较长,因此,V在SLN晶体中掺杂会具有更短的响应时间。在此基础上,我们进一步研究了钒与本征缺陷相互作用形成缺陷团簇的结构和性质。依据实验报道,我们构建了VLi4++NbLi4++8VacLi-、VLi4++4VacLi-VLi4++VNb0+4VacLi-叁种电中性的缺陷团簇模型,以体现钒掺杂浓度从低到高的变化。通过构建一系列可能的团簇构型并进行形成能的研究,最终得到了最稳定的团簇结构,缺陷团簇尺寸约2 nm,仍然保持C3对称性。电子结构分析表明,形成缺陷团簇对钒陷阱能级的影响很小,但是对导带底电子态贡献影响很大,尤其是对包含有NbLi和VNb的缺陷团簇而言,会在导带底引入d电子态,从而引起电子跃迁和光学性质的变化。第五章,研究了铈在铌酸锂晶体中的掺杂行为以及钒铈共掺杂铌酸锂的电荷迁移机制,系统分析了掺杂的晶体结构变化、载流子捕获行为、在带隙中引入的陷阱能级等。研究发现,铈优先取代锂格点并以+3价稳定存在,+3价CeLi缺陷能够捕获一个电子形成+2价缺陷,同时伴随着铈占据铌格点,形成-1价缺陷。CeLi3+在带隙中引入的缺陷能级主要由Ce的4f轨道贡献,属于浅能级,捕获一个电子后形成束缚小极化子。当VLi和CeLi共存于铌酸锂晶格中时,二者相互排斥,趋向分离,捕获两个电子后,电子主要局域在VLi缺陷中心周围,以小极化子的形式存在。与V单掺杂相比,钒铈共掺均取代Li位点时,VLi在带隙中引入深能级,CeLi引入浅能级,在两种不同能量的光辐照下,能量较高的光可以激发深能级的电子跃迁到导带或者浅能级,浅能级的电子在能量较低的光的作用下也可以被激发跃迁到导带;在导带中迁移的电子最终被深陷阱中心所捕获,进而引起电子跃迁和光学性质的变化。当VLi和CeNb共存时,同样在带隙中引入深浅不一的陷阱能级,CeNb的弛豫导致VLi陷阱能级向导带方向移动,并且Ce的能级变浅,进而引起的光吸收和电子跃迁与占据Li格点的情况有所差异。最后,综合考虑钒、铈掺杂以及本征缺陷在带隙中引入的缺陷能级,我们对电荷在钒铈共掺杂LiNbO3晶体中的电荷迁移机制进行了详细的分析讨论。第六章,总结归纳本论文的主要结论和创新点,并对下一步拟开展的工作进行了展望。(本文来源于《山东大学》期刊2019-05-30）
吴圣钰[2]（2019）在《多重掺杂铌酸锂晶体的电子结构和光学性质研究》一文中研究指出铌酸锂晶体因其精良的光、电性质,被广泛应用于集成光学、光通讯等众多领域,是制造微波技术、全息记录介质、相位调解器和红外探测器等器件的重要材料。随着信息时代的发展以及通讯技术的革新,相关行业对信息材料有更高的需求,纯铌酸锂晶体及其掺杂铌酸锂晶体的性能研究,成为全息存储材料领域的热点。对比纯铌酸锂晶体,某些掺杂改善了铌酸锂晶体的光折变和抗光损伤性能,并在掺杂晶体中实现了非挥发性存储,使得存储的信息非易失、存储质量更为理想。目前发现,将铌酸锂晶体用作存储介质研究大都是实验研究,以电子结构和光学性质理论计算为基础的机理研究还较为欠缺,特别是双掺或叁掺铌酸锂晶体的非挥发性存储仿真研究。本文利用基于密度泛函的第一性原理的计算方法,研究了纯铌酸锂单晶体和多组掺杂铌酸锂晶体的电子结构和吸收光谱,结果表明,选择适当的光折变离子单掺或共掺可实现铌酸锂晶体非挥发性全息存储:光折变离子Co~(2+)掺杂铌酸锂体系的带隙较纯铌酸锂晶体变窄,禁带宽度为3.32eV,带隙中出现两个杂质能级,杂质能级来源于Co的3d轨道自旋分裂的e_g、t_(2g)轨道;Co~(2+)结合抗光折变离子Zn~(2+)共掺的铌酸锂晶体中,Zn~(2+)的浓度低于阈值或达到阈值时,禁带宽度分别为2.87eV、2.75eV。Co掺杂铌酸锂晶体在可见-近红外光波段2.40eV、1.58eV、1.10eV处形成吸收峰,这些峰源于电子在Co的3d轨道分裂的轨道与导带间的跃迁。加入抗光折变离子Zn~(2+)后,吸收峰1.58eV、1.10eV吸收增强,可以认为Zn~(2+)与Co~(2+)之间存在电荷转移,使e_g轨道电子减少,但该转移并不影响t_(2g)轨道电子。研究发现,晶体中的Co离子与不同光折变离子共掺下可充当深能级中心(2.40eV),或可充当浅能级中心(1.58eV),两种情况下,掺入近阈值的Zn离子均有助于实现优化存储。光折变离子Cu~(2+)和Ru~(2+)的单掺、共掺的铌酸锂体系带隙中均产生杂质能级,单掺情况下杂质能级分别由Cu的3d或Ru的4d轨道贡献,共掺体系带隙中出现深浅不一的两个能级,深能级由Cu的3d轨道贡献,浅能级由Ru的4d轨道贡献。抗光折变离子Mg~(2+)的引入对共掺体系带隙没有贡献而无新能级生成。Cu,Ru共掺体系在2.94eV、2.40eV附近形成吸收峰,前者源于从Cu的3d轨道向导带跃迁吸收的光子能量,且相对Cu单掺时的吸收增强,后者源于电子从Ru的4d轨道向导带跃迁吸收的光子能量,但相对Ru单掺时的吸收减弱,因而可以认为吸收峰的变化与Cu,Ru间电子转移相关。吸收光谱的分析表明,增加光折变离子的掺杂浓度可以提高存储中心能级电子浓度,从而改善全息存储参量的动态范围和灵敏度。掺入阈值浓度的Mg对杂质能级的光吸收无明显影响,只影响体系吸收边的移动,有助于提高晶体的抗光损伤性能,改善非挥发全息存储特性。(本文来源于《西南大学》期刊2019-04-01）
陈浩[3]（2018）在《铈铁掺杂铌酸锂晶体全息存储特性研究》一文中研究指出随着信息社会对大数据存储要求的提高,光学体全息存储技术逐渐因其存储容量大、写入速度快等特点成为未来存储技术发展的一大重要方向。铌酸锂系列晶体是体全息存储技术研究较为广泛的存储材料之一,具有生长工艺简单、易调节、衍射效率高等优点,体全息存储性能表现优异。掺杂铌酸锂晶体是在纯铌酸锂晶体中掺杂适量的光折变离子或抗光折变离子,掺杂后的铌酸锂晶体在某些方面性能将得到大幅提升。本文采用一块Ce、Fe掺杂比例为0.55%∶0.55%的Ce:Fe:Li NbO_3晶体为研究对象,在光折变理论及体全息理论的研究基础上,对其作为体全息存储材料的存储特性进行研究。1)通过Ce:Fe:Li NbO_3晶体的光感应光散射实验研究,发现采用532nm波长绿光以e光垂直照射该晶体,在晶体后部观察到对称分布的散射光扇,并且随着照射时间的增大光扇面积将增大,散射率也随之增大。当照射时间t=1040s时,散射率达到49%。研究表明Ce:Fe:Li NbO_3晶体与纯LiNbO_3晶体相比,因其掺杂两种光折变因子,光感应光散射现象更严重,对全息存储有不利影响。2)通过对晶体响应时间和衍射效率的实验研究,得到该掺杂晶体的响应时间范围在22s~29s间。在相同实验条件下,纯Li NbO_3晶体的响应时间约为1060s。与其他课题组研究结果对比,可认为Ce:Fe:LiNbO_3晶体响应时间更短,这将有利于信息的快速存储和读取。同时,晶体衍射效率会随两入射光夹角变化而有所改变,Ce:Fe:LiNbO_3晶体入射角在20°左右时有最大衍射效率,η_(max)=7.06%。与纯铌酸锂晶体最大衍射效率11.6%相比,Ce:Fe:Li NbO_3晶体衍射效率稍弱。3)通过波长响应实验研究,分别采用473nm、532nm、671nm叁种波长光源进行全息存储实验,其结果表明无论是掺杂铌酸锂晶体还是纯铌酸锂晶体,都对波长为532nm的绿光更为敏感,因此,这两种晶体进行体全息存储时更适宜选用532nm波长的激光器做为光源。4)基于Ce:Fe:Li NbO_3晶体的图像信息存储实验研究,当改变入射光斑交汇点与晶体前端面间的距离时,随着光斑交汇点由晶体正前方依次向晶体内部移动,再现像像质变化由差变好再变差。且光斑交汇点位置在晶体前端面后1.0mm(晶体内部1.0mm)处,再现像像质最好;保持光斑交汇点位置在晶体前端面后1.0mm不变,改变入射光斑大小,使参考光光斑直径小于、等于、大于信号光光斑直径,发现两入射光光斑直径相等时再现像像质最好,衍射效率最高;改变入射光调制度,发现当信号光光强与参考光光强相近,调制度趋近1时,晶体衍射效率最高。上述研究表明入射光参数的改变将对全息存储再现像产生很大影响。5)利用1)~4)得到的Ce:Fe:Li NbO_3晶体全息存储最优条件,通过对该晶体的快速存储及读取实验研究,结果表明写入时间为0.2s即能读出较清晰的再现像,写入时间为6s~8s再现像像质最好,写入时间超过10s后,再现图像失真逐渐严重。因此,该掺杂晶体在百毫秒级时间存储后即能读取出保真度较高的再现像,快速存储读取性能较优。(本文来源于《西安工业大学》期刊2018-05-08）
柏红梅[4]（2018）在《双光折变离子掺杂铌酸锂晶体的电子结构和光学性质研究》一文中研究指出铌酸锂晶体是一种在诸多应用领域均表现出优越性质的多功能晶体材料,尤其在光学体全息存储方面,被认为是光存储介质的首选材料之一。在实际应用中,铌酸锂晶体中引入各种杂质离子,可以极大的优化铌酸锂的各种物理性能以适应不同应用的要求。研究表明,双光折变离子共掺铌酸锂晶体的方案,是解决光折变晶体全息存储应用中读出信息容易丢失的一种有效方法,可以完美实现非挥发性全息存储。目前,国内外对铌酸锂晶体作为存储材料进行全息双光存储的研究取得了不少优秀成果。但以铌酸锂晶体作为存储介质研究大都是实验研究,以电子结构和光学性质理论计算为基础的机理研究还较为欠缺。理论计算可以排除实验中难以控制的因素,从微观上解释宏观现象产生的原因。本文通过采用基于密度泛函理论第一性原理的计算方法,从理论上对各种光折变离子掺杂铌酸锂晶体的电子结构和光学性质进行分析,结果显示:Cu和Mn离子分别单掺以及共掺铌酸锂晶体中,由于Cu 3d轨道、Mn 3d轨道的贡献而在禁带内均出现杂质能级,未掺杂的纯铌酸锂晶体带隙均比各掺杂体系带隙宽。共掺晶体中Cu离子在432nm处形成较强的吸收峰,这个吸收峰的位置相对于Cu单掺杂时的更浅,而Mn离子在718nm附近的吸收却相比于Mn单掺杂时的吸收峰减弱而且中心位置也稍有偏移,在554nm处呈现一个与Mn~(3+)浓度有关的非光折变峰,掺杂晶体中的铜和锰这两掺杂离子之间的电子转移使得该对Mn离子吸收峰发生变化。在实现非挥发全息存储中,Cu和Mn共掺铌酸锂晶体的深浅能级中心分别为432nm和718nm,比Cu和Fe共掺铌酸锂晶体的深能级更深,浅能级更浅一些,这样能够通过提高深能级中心的掺杂浓度来获得更优越的动态范围和记录灵敏度参数。双光折变离子共掺铌酸锂晶体中,不同掺离子配搭会表现出的吸收特性差异而影响存储性能,运用时非常有必要对不同待选搭配离子预先进行理论计算。Fe和Ni单掺及共掺铌酸锂晶体的杂质能级,主要由Fe 3d、Ni 3d轨道贡献。对于共掺体系,禁带内出现由Ni和Fe分别提供的深、浅双能级结构。较小的C_(Fe)~(2+)/C_(Fe)~(3+)值使得共掺杂铌酸锂晶体Fe更易占Nb位,具有该占位的晶体比Fe占Li位的晶体在全息存储应用中更易获得具竞争力的较短敏化光和记录光波长。前一晶体在410nm和605nm处的两个吸收峰能够实现非挥发全息存储,较深的深能级可以避免其他光源破坏深能级的信息固定,还可以通过适当提高Ni离子浓度增加信息保存的载体离子,改善存储参数中的动态范围和记录灵敏度。(本文来源于《西南大学》期刊2018-04-01）
王学维[5]（2017）在《抗光折变离子和本征缺陷下的光折变掺杂铌酸锂晶体的第一性原理研究》一文中研究指出酸锂晶体(LiNbO_3简写为LN)是一种在诸多领域都得到重视的光折变材料,特别是在光学体全息存储领域有着卓越表现,因而很多人认为其可以作为光存储介质材料的首选。优良的光电性质是该晶体被广泛运用的基础。近年来,该晶体光学体全息存储优良特性的发掘恰好迎合了人们对存储在海量存储、高速读取、高分辨率等方面的要求,该晶体及其各种掺杂系列已成为全息存储技术的重要材料,所以需要我们对该晶体及其各种掺杂系列的结构和性质做更加细致的研究。光折变掺杂离子作为LN晶体中功能离子在于全息存储中起着核心作用,抗光折变离子起着抗光损伤的作用,实现光全息存常采用两者共掺。LN晶体内部通常存在本征缺陷结构,这些结构既有利于原子的掺杂,也可以单独或与掺杂离子共同影响晶体的存储性能。本文采用第一性原理模拟计算并分析所建立的各掺杂体系的电子结构和光学性质,得出结论如下:本文第叁章研究了In:Mn:LN晶体及其对比组的电子结构和光学性质。结果显示,Mn:LN晶体中的杂质能级主要由Mn的3d态轨道提供并处于禁带区域较浅的位置,价带的顶端也有Mn的3d态轨道的贡献,掺锰后晶体的带隙相比纯LN晶体大幅变窄;除上述外,在吸收谱中还发现该晶体对1.66eV、2.85eV处出现明显的光吸收,且1.66eV处是一个强吸收峰;在引入In使得1.66eV附近的吸收强度减弱且范围变宽了,当掺In浓度达到其阈值(约3mol%)时在该峰继续减弱,且又分别在1.68eV,2.13eV两处产生了新吸收峰。文章认为1.66eV处的吸收峰与Mn2+相关,而其后掺铟出现的2.13eV吸收是因为掺Mn3+,随着掺铟量增加在两峰间出现的强弱变化是由电子在锰、铟间的转移所致;提出了在In:Mn:LN晶体若光存储选择以1.66eV附近低能段光的记录光,为达到较高记录灵敏度需较小的掺铟量等观点。本文第四章是关于含本征缺陷的Fe:LN晶体电子结构和光学性质的研究,结果显示近化学计量比掺铁铌酸锂晶体(Fe:n LN)的带宽仅为2.29eV,掺铁后的带隙较纯LN明显变窄;含小极化子样品能带间隙变化很小,且在禁带区域形成了缺陷能级;Fe占位的改变,使晶体带宽明显改变;含双极化子的样品的禁带区域出现了一些新的能级;在各体系的吸收谱中出现了个数不一的吸收峰,但其位置的变化也间接地证明极化子与Fe的共存。研究证实,Fe占位的改变以及其与本征缺陷间的相互作用直接影响了能带、态密度的分布以及吸收峰的出现与位置。除此外,还分析得出了在低浓度掺铁的Fe:n LN晶体,可能存在Fe同时占锂、铌位的的情况。(本文来源于《西南大学》期刊2017-04-01）
张慧杰[6]（2017）在《掺杂铌酸锂晶体紫外光致吸收及叁阶非线性性质的研究》一文中研究指出铌酸锂晶体(LiNbO3,LN)具有出色的电光效应、压电效应和非线性光学效应,是现在最为重要的人工晶体之一。同时LiNbO3晶体因为其出色的光折变性质,成为体全息存储中使用最为广泛的光折变材料之一。除了体全息存储利用光折变效应,在诸如倍频、光学参量振荡等应用中LiNbO3晶体的这种光折变性质(光损伤)是不利的,此时可在晶体中掺入MgO、ZnO、In2O3和Sc2O3等抗光损伤杂质对光损伤进行抑制。掺杂LiNbO3晶体的抗光损伤能力存在阈值效应,并且掺杂LiNbO3晶体在强光照射下会受到叁阶非线性光学效应的影响,因此对抗光损伤掺杂LiNbO3晶体叁阶非线性光学性质的研究是具有实际意义的。本论文对不同浓度掺Sc3+、Mg2+、Zn2+以及纯的近化学计量比LiNbO3晶体的光损伤性质及叁阶非线性光学性质进行了实验研究。本论文首先用泵浦-探测方法测量了掺杂抗光损伤杂质Sc3+、Mg2+、Zn2+的LiNbO3晶体的紫外光致吸收。实验中泵浦光源使用中心波长为365nm的紫外汞氙灯,探测光源使用波长785nm的近红外半导体连续激光器,得到不同掺杂离子晶体中稳态吸收系数随浓度的变化规律,实验中改变探测光的偏振态,获得偏振对光致吸收的影响。结果表明,Sc:LiNbO3晶体中,掺钪浓度为0.1mol%和0.2mol%时,晶体有较强的光致吸收,大于纯LiNbO3晶体的光致吸收,掺钪浓度为0.5mol%、0.6mol%和0.8mol%时,晶体中的光致吸收被抑制。Mg:LiNbO3晶体中,掺镁浓度为1mol%时,晶体有较强的光致吸收,大于纯LiNbO3晶体的光致吸收,掺镁浓度为2mol%、3mol%和4mol%时,晶体中的光致吸收被抑制。Zn:LiNbO3晶体中,掺锌浓度为1mol%时,晶体有较强的光致吸收,大于纯LiNbO3晶体的光致吸收,掺锌浓度为2mol%时,晶体中的光致吸收被抑制。推断出掺Sc3+、Mg2+和Zn2+的近化学计量比LiNbO3晶体阈值浓度分别在0.2-0.5mol%、1-2mol%和1-2mol%与已知阈值浓度0.4mol%、1mol%和1mol%相符。由此可知,在实验所用LiNbO3晶体中,光致吸收与抗光损伤能力有很好的对应关系,在掺杂浓度低于阈值浓度时,晶体有较强的光致吸收,在掺杂浓度高于阈值浓度时,晶体光致吸收被抑制。为了验证晶体的抗光损伤能力,使用透射光斑畸变法、光散射阈值能量流法对晶体进行测试,两实验均使用波长为532nm的蓝宝石相干SF激光器,结果与光致吸收的结果相符,证明可以通过测量光致吸收判断晶体的抗光损伤能力和掺杂阈值浓度。其次,用Z扫描法对所有LiNbO3晶体叁阶非线性性质进行研究,采用开孔Z扫描法测量晶体叁阶非线性吸收系数β,用闭孔Z扫描法测量晶体叁阶非线性折射系数γ,通过拟合实验曲线,获得了所有晶体的叁阶非线性折射系数和叁阶非线性吸收系数。发现在所有掺杂LiNbO3晶体中,β和γ的绝对值均随掺杂浓度增大而减小,且三阶非线性折射系数在掺杂阈值处符号发生变化。对Sc:LiNbO3晶体,掺钪浓度为0.1mol%和0.2mol%时,γ为负,掺钪浓度为0.5mol%、0.6mol%和0.8mol%时,γ为正;对Mg:LiNbO3晶体,掺镁浓度为1mol%时,γ为负,掺镁浓度为2mol%、3mol%和4mol%时,γ为正;对Zn:LiNbO3晶体,掺锌浓度为1mol%时,γ为负,掺锌浓度为2mol%时,γ为正。论文测量了掺钪、镁和锌等杂质的近化学计量比LiNbO3晶体的紫外光致吸收、叁阶非线性折射系数和叁阶非线性吸收系数,同时发现紫外泵浦-探测方法可用于对晶体抗光损伤能力和掺杂阈值浓度的判定,结果对于掺杂光损伤杂质LiNbO3晶体的非线性光学应用具有参考价值。(本文来源于《南京航空航天大学》期刊2017-03-01）
赵佰强[7]（2016）在《掺杂铌酸锂晶体的电子结构和光学性质研究》一文中研究指出铌酸锂晶体是一种在诸多领域都具有重要技术应用的光折变材料,尤其在光学体全息存储方面表现出非常优越的性能,被认为是光存储介质的首选材料之一。长期以来,研究人员从实验上对其结构、性能及各种掺杂特性的研究表明,铌酸锂晶体类似于钛铁矿型结构,内部存在相当数量的本征缺陷结构,这使得晶体中能够引入多种杂质离子从而拓展了它在各个方面的实际应用。本文通过理论计算的手段,利用基于密度泛函理论的第一性原理,对所建立的各类掺杂铌酸锂晶体的电子结构和光学性质的进行研究,结果表明:1.掺Fe铌酸锂晶体禁带内出现的杂质能级由Fe3d轨道和O2p轨道贡献,禁带宽度为2.845eV,该杂质能级使得晶体在可见光区出现了光吸收。对于Mg、Fe共掺体系,Mg的浓度小于或等于阈值时禁带宽度分别为2.901eV和2.805eV。掺Fe铌酸锂晶体的吸收谱在539nm和477nm处分别出现一个吸收峰,其强度因Mg的浓度不同而发生变化。不同浓度的Mg对晶体内Fe~(2+)和Fe~(3+)的浓度以及占位产生了不同的影响。分析认为光电子的形成不应单独考虑Fe的轨道电子态和c_(Fe~(2+))/c_(Fe~(3+))的浓度比,而应同时考虑与Fe成键的O2p轨道电子态的影响。2.Cu、Fe单掺杂体系禁带内均产生了杂质能级,主要由Cu3d、Fe3d轨道及O2p轨道贡献。共掺体系禁带出现了双能级结构,深能级由Cu3d和O2p轨道贡献,浅能级由Fe3d和O2p轨道贡献。Cu、Fe单掺和共掺体系带隙依次缩小,在可见光区的光吸收明显增强。共掺杂体系在445nm和630nm左右分别表现出一个宽吸收峰,比单掺杂体系表现出更优越的光吸收特性。分析认为Fe占铌位比Fe占锂位的双掺杂铌酸锂晶体在双光存储应用中更有优势,并且c_(Fe~(2+))/c_(Fe~(3+))值的适当降低有助于这种优势的形成。3.Ce,Cu单掺杂体系禁带内均产生了杂质能级,主要由Ce4f、Cu3d轨道及O2p轨道贡献。对于CeCu双掺体系,禁带内出现了深浅不一的双能级结构,其中,Ce提供浅能级,Cu提供深能级,杂质能级在禁带内相对价带顶的能隙分别为0.45eV和2.41eV。这种双能级结构为CeCu双掺LiNbO_3晶体的全息存储应用提供了可能。(本文来源于《西南大学》期刊2016-04-01）
张欣,徐朝鹏,卢海涛,佟建强,高洁[8]（2015）在《铈铁掺杂铌酸锂晶体光折变性能的研究》一文中研究指出对铈铁掺杂铌酸锂(Ce:Fe:Li Nb O_3)晶体进行氧化、还原处理。通过红外光谱、紫外可见吸收光谱测试了晶体样品的组成和缺陷结构。采用透射光斑畸变法测试了晶体样品的抗光损伤能力,结果表明:生长态晶体比还原态晶体的抗光致散射能力基本上高一个数量级,氧化态的晶体要比还原态的晶体高两个数量级。采用二波耦合实验测试了晶体样品的光折变性能,结果表明:从氧化到生长再到还原态,衍射效率逐渐降低,响应时间缩短,光折变灵敏度增加,动态范围逐渐降低。(本文来源于《红外与激光工程》期刊2015年12期）
董园园[9]（2015）在《稀土掺杂铌酸锂晶体的合成、生长与性能研究》一文中研究指出铌酸锂(LiNbO3, LN)作为一种重要的多功能光电材料,由于其具有优良的压电、电光、声光、热电、光折变和激光活性等一系列特殊性质,被广泛应用于红外探测器、集成光学元器件、光参数振荡器、调Q开关等实际应用中。尤其是最近几年,固体激光器被广泛应用于医学、激光测距以及环境监测方面,纯的铌酸锂是一种良好的激光掺杂基质材料,但由于在生长过程中,锂元素通过挥发而丢失,导致生长出来的铌酸锂晶体处于缺锂状态,从而导致LN晶体中存在大量的空位。从而对其性能有了很大的影响,所以生长近化学计量比的LiNbO3晶体非常有必要。本文采用富锂环境下利用提拉法生长高质量稀土钬和铥掺杂近化学计量比的铌酸锂单晶。可见光透射率达75%左右,对近化学计量比LiNbO3不同方向的力学性能进行对比,在0.1kg载荷下,维氏硬度机压头在(006)面LiNbO3样品更深的压痕和更长的裂纹,经测量和计算可知,(300)晶面样品的维氏硬度值为629.6 kg mm-2明显高于(006)面的473.4 kg mm-2,同时测量出(300)面和(006)面的断裂韧性、脆性指数和弹性模量,均表明(300)面LiNbO3的机械性能比(006)更好,在应力仪下观察两者的应力分布发现(300)应力分布比(006)面更少更均匀。对掺H03+近化学计量比LiNbO3晶体在655nm光激发下,测试了其上转换发光光谱。分析了其上转换发光峰位和强度与Ho3+的掺杂浓度的关系,并对Ho3+的上转换机制进行分析。同时也对Tm3+:LiNbO3晶体做了光谱测试,用808nm光激发其上转换发光,解释其上转换机理,并分析了掺杂浓度和强度的影响,同时对Ho3+和Tm3+掺杂的近化学计量比LiNbO3晶体粉体的色度进行分析,发现它们各自在655nm和808nm激发下能够发出稳定而又明亮的绿光和红光。(本文来源于《上海应用技术学院》期刊2015-11-20）
马睿[10]（2015）在《掺杂铌酸锂晶体电子结构的第一性原理研究》一文中研究指出铌酸锂晶体是一种应用广泛的多功能晶体,它具有良好的压电、非线性光学、光电以及光折变性能。该晶体可以实现全息存储,目前这方面的应用已经得到了广泛的研究。铌酸锂之所以具有丰富多彩的性质和应用前景,是与其众多的掺杂元素密不可分的。如掺镁铌酸锂晶体可以提高晶体的抗光折变能力,使之适用于Q开关和倍频;掺铁可以提高晶体的光折变能力,对全息存储有利;掺钛可以改变晶体的折射率,用于光波导。但是目前的实验条件无法准确的给出各种掺杂铌酸锂晶体的缺陷结构和能带结构。我们采用基于密度泛函理论的第一性原理的计算方法,分别计算了化学计量比铌酸锂、同成分铌酸锂、掺镁铌酸锂、掺钼铌酸锂和掺铁铌酸锂晶体的电子结构。其中化学计量比铌酸锂晶体带隙计算值为3.30eV,同成分铌酸锂晶体带隙的计算值为2.72 eV,均低于实验值3.78 eV。化学计量比铌酸锂、同成分铌酸锂和掺镁铌酸锂晶体的禁带中均没有出现能级,而掺铁铌酸锂(如图1)和掺钼铌酸锂晶体的禁带中均存在着缺陷能级,计算结果较好地解释了实验现象。(本文来源于《第十七届全国晶体生长与材料学术会议摘要集》期刊2015-08-11）
铈掺杂铌酸锂晶体论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
铌酸锂晶体因其精良的光、电性质,被广泛应用于集成光学、光通讯等众多领域,是制造微波技术、全息记录介质、相位调解器和红外探测器等器件的重要材料。随着信息时代的发展以及通讯技术的革新,相关行业对信息材料有更高的需求,纯铌酸锂晶体及其掺杂铌酸锂晶体的性能研究,成为全息存储材料领域的热点。对比纯铌酸锂晶体,某些掺杂改善了铌酸锂晶体的光折变和抗光损伤性能,并在掺杂晶体中实现了非挥发性存储,使得存储的信息非易失、存储质量更为理想。目前发现,将铌酸锂晶体用作存储介质研究大都是实验研究,以电子结构和光学性质理论计算为基础的机理研究还较为欠缺,特别是双掺或叁掺铌酸锂晶体的非挥发性存储仿真研究。本文利用基于密度泛函的第一性原理的计算方法,研究了纯铌酸锂单晶体和多组掺杂铌酸锂晶体的电子结构和吸收光谱,结果表明,选择适当的光折变离子单掺或共掺可实现铌酸锂晶体非挥发性全息存储:光折变离子Co~(2+)掺杂铌酸锂体系的带隙较纯铌酸锂晶体变窄,禁带宽度为3.32eV,带隙中出现两个杂质能级,杂质能级来源于Co的3d轨道自旋分裂的e_g、t_(2g)轨道;Co~(2+)结合抗光折变离子Zn~(2+)共掺的铌酸锂晶体中,Zn~(2+)的浓度低于阈值或达到阈值时,禁带宽度分别为2.87eV、2.75eV。Co掺杂铌酸锂晶体在可见-近红外光波段2.40eV、1.58eV、1.10eV处形成吸收峰,这些峰源于电子在Co的3d轨道分裂的轨道与导带间的跃迁。加入抗光折变离子Zn~(2+)后,吸收峰1.58eV、1.10eV吸收增强,可以认为Zn~(2+)与Co~(2+)之间存在电荷转移,使e_g轨道电子减少,但该转移并不影响t_(2g)轨道电子。研究发现,晶体中的Co离子与不同光折变离子共掺下可充当深能级中心(2.40eV),或可充当浅能级中心(1.58eV),两种情况下,掺入近阈值的Zn离子均有助于实现优化存储。光折变离子Cu~(2+)和Ru~(2+)的单掺、共掺的铌酸锂体系带隙中均产生杂质能级,单掺情况下杂质能级分别由Cu的3d或Ru的4d轨道贡献,共掺体系带隙中出现深浅不一的两个能级,深能级由Cu的3d轨道贡献,浅能级由Ru的4d轨道贡献。抗光折变离子Mg~(2+)的引入对共掺体系带隙没有贡献而无新能级生成。Cu,Ru共掺体系在2.94eV、2.40eV附近形成吸收峰,前者源于从Cu的3d轨道向导带跃迁吸收的光子能量,且相对Cu单掺时的吸收增强,后者源于电子从Ru的4d轨道向导带跃迁吸收的光子能量,但相对Ru单掺时的吸收减弱,因而可以认为吸收峰的变化与Cu,Ru间电子转移相关。吸收光谱的分析表明,增加光折变离子的掺杂浓度可以提高存储中心能级电子浓度,从而改善全息存储参量的动态范围和灵敏度。掺入阈值浓度的Mg对杂质能级的光吸收无明显影响,只影响体系吸收边的移动,有助于提高晶体的抗光损伤性能,改善非挥发全息存储特性。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
铈掺杂铌酸锂晶体论文参考文献
[1].范永军.钒铈共掺杂铌酸锂晶体中的极化子及电荷迁移机制研究[D].山东大学.2019
[2].吴圣钰.多重掺杂铌酸锂晶体的电子结构和光学性质研究[D].西南大学.2019
[3].陈浩.铈铁掺杂铌酸锂晶体全息存储特性研究[D].西安工业大学.2018
[4].柏红梅.双光折变离子掺杂铌酸锂晶体的电子结构和光学性质研究[D].西南大学.2018
[5].王学维.抗光折变离子和本征缺陷下的光折变掺杂铌酸锂晶体的第一性原理研究[D].西南大学.2017
[6].张慧杰.掺杂铌酸锂晶体紫外光致吸收及叁阶非线性性质的研究[D].南京航空航天大学.2017
[7].赵佰强.掺杂铌酸锂晶体的电子结构和光学性质研究[D].西南大学.2016
[8].张欣,徐朝鹏,卢海涛,佟建强,高洁.铈铁掺杂铌酸锂晶体光折变性能的研究[J].红外与激光工程.2015
[9].董园园.稀土掺杂铌酸锂晶体的合成、生长与性能研究[D].上海应用技术学院.2015
[10].马睿.掺杂铌酸锂晶体电子结构的第一性原理研究[C].第十七届全国晶体生长与材料学术会议摘要集.2015