铪铁双掺铌酸锂晶体中光散射阈值效应起源的研究

铌酸锂晶体中的光散射限制了该材料在信息存储以及光频转换等方面的应用。通过共掺新型抗光折变元素铪可以提高掺铁铌酸锂晶体的光散射阈值，有效地抑制光散射。近期工作表明，锂空位很有可能是铪铁双掺铌酸锂晶体中光散射阈值效应的起源。然而，除了锂空位是否还有其它缺陷影响铪铁双掺铌酸锂晶体的光散射阈值呢？申请人围绕上述问题，根据前期高掺铪铌酸锂晶体中缺陷中心的研究结果，在本项目中首次提出影响铪铁双掺铌酸锂晶体光散射阈值的另一种缺陷可能为铌位铪，并拟从实验角度对该假设进行证明。.本项目将对一系列铪铁双掺铌酸锂晶体的锂组分进行调控；通过在低温下测量上述晶体的光散射阈值随温度的变化关系，给出不同晶体的光散射阈值激活能；利用晶体的光散射阈值激活能随缺陷浓度的变化规律，确定铪铁双掺铌酸锂晶体中光散射阈值效应的起源。本项目研究有助于阐明四价掺杂缺陷在光折变过程中的作用，从而指导我们改善掺铁铌酸锂晶体的光折变性能。

铌酸锂晶体中的光散射限制了该材料在信息存储以及光频转换等方面的应用。而适当的抗光折变掺杂以及锂组分调控有望大幅抑制光散射，提高掺铁铌酸锂晶体的光散射阈值。本征及杂质缺陷可能是铌酸锂晶体中光散射阈值效应的起源。然而，缺陷的种类以及其抑制铌酸锂晶体光散射的机制一直没有定论。本项目围绕该问题，制备了不同掺杂浓度（铁以及铪掺杂）和锂组分等几个系列铌酸锂单晶样品，对其晶体中的光散射行为以及与其密切相关的光折变参数进行了细致的研究，详细分析了晶体中各类本征及杂质缺陷在光散射、光折变过程中所起到的重要作用，明确给出了光散射阈值效应的起源并阐明了与之相关光折变现象的微观机制。本项目取得重要进展如下：. 明确提出铌酸锂晶体中的锂组分阈值概念。发现名义纯铌酸锂和单掺铁铌酸锂的光折变参数（包括衍射效率、响应时间及其光强依赖关系等）以及光散射行为（包括光散射值及其温度依赖关系）随着晶体锂组分不断变化，特别是当锂组分达到49.4 mol%的阈值时其出现突变。提出晶体电导是抑制光散射的主要因素：光电导与晶体的本征缺陷息息相关，提高晶体锂组分可以增强光电导从而实现晶体光散射的抑制，并在锂组分阈值处实现光散射抑制能力的大幅提升；暗电导则与晶体的氧化还原状态、晶体抗光折变掺杂关系密切，增强晶体暗电导可以有效抑制晶体在低光强下的光散射，提高晶体的光散射光强阈值。另外，课题组基于变温红外光谱中铪掺杂缺陷相关吸收峰随掺杂浓度的变化规律提出铌空位可能存在于铌酸锂晶体晶体中进行电荷补偿，并成为一种对暗电导以及抑制光散射产生巨大贡献的掺杂缺陷。. 此外，本项目还基于掺铁铌酸锂的光激载流子开展了部分铌酸锂表面工程的研究工作。课题组实现了掺铁铌酸锂晶体表面的激光辅助质子交换和化学腐蚀，发现光辅助下铌酸锂±z面的腐蚀特性不同于传统化学腐蚀。课题组还研究了掺铁铌酸锂晶体表面的激光辅助银纳米颗粒沉积过程，发现光激载流子的定向流动以及扩散机制对银纳米颗粒沉积过程的影响。. 本项目工作对掺铁铌酸锂晶体基本光折变性能的合理调控以及铌酸锂基信息存储和光频转换器件的性能改善具有指导意义。而本项目扩展工作加深了我们对于表面光物理过程中光激载流子的光伏以及扩散两种行为的理解。