锂在铌酸锂晶体中的扩散行为及其应用研究

化学计量比铌酸锂晶体具有优良的光电性能，是一种重要的光电晶体材料，特别适合制作准相位匹配用的铁电超晶格，在可见光、中红外等全固态、可调谐激光器、太赫兹、超快光学等领域具有重要应用价值。但是，化学计量配比的铌酸锂晶体不是固液同成分共熔配比，无法采用常用的提拉法得到高质量单晶，目前普遍研究的方法中，采用富锂熔体和助熔剂体系生长时，熔体与晶体组分差异过大，使得晶体生长速度慢、内部包裹体多、光学质量差、成本高昂等；扩散法虽然简便易行、能够获得高光学质量的晶体，但只适合制备较薄的晶片。为解决制约化学计量比铌酸锂晶体应用的技术瓶颈，本项目拟对锂离子在铌酸锂晶体中的扩散行为进行系统研究，分析扩散机制，确定初始条件和边界条件，对Fick第二定律扩散方程求解，进而探明扩散处理中基片锂含量、晶片厚度和扩散时间的相互影响关系，探索采用提拉法和扩散法相结合来制备大厚度、高光学质量、低成本的化学计量比铌酸锂晶体。

为解决目前扩散法难以制备大厚度近化学计量比铌酸锂晶体的问题，本项目对高温富锂气氛下锂离子在名义纯及低掺镁铌酸锂晶体中的扩散进行了系统研究。首先对锂离子在名义纯及低掺镁铌酸锂晶体中的扩散机制及扩散路径进行了分析，由实验确定初始条件和边界条件，通过求解Fick第二定律扩散方程，得到了不同锂含量时锂离子的扩散系数。选择合适组分的扩散基片，结合估算的扩散时间，拟定合适的扩散工艺，成功制备了最大尺寸为9×9×20mm（x×y×z）的名义纯及低掺镁近化学计量比铌酸锂晶块。. 此外，本项目工作中还标定了名义纯铌酸锂晶体锂含量与其居里温度的关系、掺镁铌酸锂晶体锂含量及掺镁量与其居里温度的关系。