铌酸锂晶体的紫外带边缺陷结构和非线性光学性质研究

铌酸锂晶体是一种重要的功能光学材料，在非线性光学、声光、集成光学和信息光学等领域有重要的应用。长期以来，铌酸锂晶体的光学性质和应用研究主要集中在可见和近红外波段。最近的研究表明，铌酸锂晶体具有丰富的紫外带边光学效应，开拓了铌酸锂晶体在紫外波段的新应用。然而，铌酸锂晶体的紫外带边缺陷结构和光激发载流子输运机制等重要的基本问题却一直悬而未决。本项目以铌酸锂晶体的紫外带边缺陷结构研究为切入点，阐明铌酸锂晶体的紫外光激发载流子输运机制和紫外光致附加电场的形成机制等基本物理问题，揭示铌酸锂晶体紫外带边微观缺陷结构与宏观光学效应之间的内在关系，探讨通过微观缺陷调控铌酸锂晶体宏观光学性质的有效方法，发展铌酸锂晶体在紫外波段的新应用，如紫外光致纳微结构制备技术。这对于铌酸锂晶体中亚微米周期极化畴结构的制备、紫外光学非线性的优化、新型蓝紫波段抗光损伤铌酸锂晶体的生长以及在集成光子学方面的应用等具有重要作用。

本项目主要研究了铌酸锂晶体紫外带边的非线性光学性质、紫外带边的缺陷结构、紫外带边光激发载流子的输运模型以及紫外光辅助的晶体铁电畴反转等内容。项目按计划执行，圆满完成了任务书中的各项任务，并取得了如下成果：（1）发现高掺Mg^{2+}，Zn^{2+}，In^{3+}以及Hf^{4+}等铌酸锂晶体在紫外325nm带边处的光折变效应要远优于在351nm处的光折变效应，如掺9mol.% Zn的铌酸锂晶体的两波能量耦合系数可达38 cm^{-1}@325 nm，光折变光栅记录灵敏度可达37.7 cm/J@325 nm，掺9 mol.%Mg的铌酸锂晶体其光折变光栅记录响应时间可缩短到约73 ms@325 nm（记录光强约为614 mW/cm^{2}）。（2）利用光致霍尔效应测定铌酸锂晶体在365nm紫外光辐照下的光激发载流子为电子，并且光激发载流子的霍尔迁移率具有各向异性性，沿c轴和x轴方向的霍尔迁移率分别在1 m^{2}/v.s和0.1 m^{2}/v.s的量级。（3）发现掺锡铌酸锂晶体中记录的325nm紫外带边光折变光栅在红光（633 nm）辐照下具有非挥发特性。（4）研究了铌酸锂晶体紫外带边吸收光谱的温度效应，发现铌酸锂晶体的有效带隙随温度的变化满足Bose-Einstein关系，随着掺镁浓度的增加，晶体的本征带隙变宽， Einstein声子的平均能量由400 cm^{-1}降低到250 cm^{-1}，电声相互作用的平均强度由0.45 eV降低到0.26 eV，其转变阈值浓度约为5.0 mol%，与掺镁铌酸锂晶体的抗光损伤浓度阈值相一致。（5）在铌酸锂晶体的低温紫外带边吸收光谱中发现一个新的吸收带，该吸收带对应的缺陷结构与铌酸锂晶体的紫外带边光学性质相关。（6）建立了铌酸锂晶体的紫外带边缺陷结构模型以及光激发载流子的输运模型。（7）实现了铌酸锂晶体的紫外光光辅助铁电畴反转。. 项目在执行期间，在Physical Review A、Physical Review B、Optics Letters、Optics Express等学术刊物上共发表期刊论文13篇，其中SCI收录13篇，EI收录12篇，国际会议邀请报告2人次，获国际会议最佳张贴报告奖1人次。培养博士4人，硕士5人。项目组成员薄方由讲师晋升为副教授。