1 1.南开大学 物理科学学院, 天津300071
2 2.中国人民解放军陆军工程大学 基础部, 南京 211101
3 3.南开大学 教育部弱光非线性光子学重点实验室, 天津300071
4 4.河南工程大学 河南省电子陶瓷材料及应用重点实验室, 郑州 451191
5 5.南开大学 泰达应用物理学院, 天津 300071
提拉法生长的晶体肩部形状普遍为斜肩, 但斜肩的肩部质量差且加工难度大, 会降低晶体的利用率, 生长平肩晶体可以解决该问题。然而, 平肩晶体对热场和扩肩工艺要求非常高, 扩肩阶段易出现多晶和包裹体缺陷。铌酸锂晶体作为一种多功能晶体材料, 在电子技术、光通信技术、激光技术及集成光子学技术等领域得到了广泛应用。本研究以同成分铌酸锂晶体为例, 利用数值模拟和实验方法, 研究了提拉法生长平肩晶体的热场和扩肩工艺。结果表明：提拉法生长平肩晶体时, 放肩阶段结晶前沿的界面形状需保持微凸；反射屏降低(10 mm)可减小结晶前沿的温度梯度, 避免肩部生成多晶；扩肩速度以监控为主, 微调加热功率保证扩肩趋势, 适当增大扩肩初期(ϕ≤30 mm)的速度, 降低中后期(ϕ≥35 mm)的扩肩速度, 可达到不产生包裹体和缩短放肩周期的目的；采用小幅度(Δt=10 min)微调拉速(Δv=0.2 mm/h)和功率的策略, 可实现拉速(0~1.5 mm/h)的快速变化(1.5~2 h)而不影响晶体扩肩趋势和质量。使用优化后的热场和扩肩工艺, 获得了系列三英寸平肩同成分铌酸锂晶体, 晶体光学均匀性良好。
铌酸锂 热场设计 平肩晶体 提拉法 晶体生长 lithium niobate crystal thermal field design flat shoulder crystal Czochralski method crystal growth
1 河南工程学院理学院, 河南省电子陶瓷材料与应用重点实验室, 郑州 451191
2 南开大学物理科学学院, 南开大学弱光非线性光子学教育部重点实验室, 天津 300071
晶体美丽有用, 构造和谐有序。光电功能晶体可实现光能和电能的相互转化, 在微电子、光电子、通信、航天及现代**技术等高科技领域占有重要地位。人类认识晶体, 源于天然矿物。从矿物晶体的发现到光电功能晶体的人工生长和应用经历了漫长的发展, 晶体种类、晶体质量、生长理论、生长技术以及应用等方面均取得了较大进展。本文简述了从矿物宝石到晶体学发展的历程, 介绍了压电晶体、电光晶体、激光晶体、非线性光学晶体和闪烁晶体等几类光电功能晶体发展历程及晶体生长研究的进展, 展望了未来光电功能晶体的发展趋势。
矿物宝石 人工晶体 晶体生长 光电功能晶体 mineral gem synthetic crystal crystal growth photoelectric functional crystal 人工晶体学报
2022, 51(9-10): 1541
1 河南中光学集团有限公司，南阳 473000
2 河南科技大学信息工程学院，洛阳 471023
3 河南工程学院材料工程学院，河南省电子陶瓷材料与应用重点实验室，郑州 451191
4 南开大学物理科学学院，天津 300071
利用气相平衡输运法制备的近化学计量比钽酸锂晶体质量好，制备工艺简单，但受固体扩散速率低的影响，该方法较难制备大厚度晶体。本文基于钽酸锂晶体的扩散机制，采用待扩散晶片一侧为富锂气氛，另一侧为同成分气氛的非对称扩散工艺，对钽酸锂晶体进行了扩散处理，并对组分和畴反转电场进行表征。结果表明，非对称扩散工艺为反位钽离子的扩散提供了通道，提高了晶体中反位钽离子和锂离子的扩散速率，有利于制备大厚度近化学计量比钽酸锂晶体。
近化学计量比 钽酸锂晶体 气相平衡输运法 非对称扩散工艺 富锂气氛 扩散速率 同成分 near stoichiometric lithium tantalate crystal vapor equilibrium transport method asymmetric diffusion technique lithium rich atmosphere diffusion rate congruent composition
1 南开大学物理科学学院, 天津 300071
2 南开大学弱光非线性光子学教育部重点实验室, 天津 300457
3 山西大学极端光学协同创新中心, 太原 030006
4 河南工程学院材料工程学院, 河南省电子陶瓷材料与应用重点实验室, 郑州 451191
铌酸锂晶体的内偏置场对铁电应用、电光应用和非线性光学应用等均有直接影响。本工作建立了铌酸锂(LN)晶体内偏置场测试方法, 对同成分铌酸锂(CLN)晶体、近化学计量比铌酸锂(nSLN)晶体、掺杂铌酸锂(doped LN)晶体的内偏置场和矫顽场进行测量。结果表明, CLN晶体内偏置场最高(Eint=2.53 kV/mm), nSLN晶体的内偏置场大幅降低, 其中富锂熔体法生长和气相输运平衡(vapor transport equilibration, VTE)法结合得到的nSLN晶体的内偏置场最小, 与CLN晶体相比降低了约两个数量级; 掺杂铌酸锂晶体的内偏置场与CLN晶体相比也普遍降低, 其中掺6.5%(摩尔分数)Mg的CLN晶体的内偏置场约为CLN晶体的四分之一, 掺7%(摩尔分数)Zn的CLN晶体的内偏置场约为CLN晶体的六分之一。最后对组分和掺杂影响内偏置场的因素进行了简要分析。
铌酸锂晶体 内偏置场 名义纯 掺杂 本征缺陷 阈值浓度 lithium niobate crystal internal bias electric field nominally undoping doping intrinsic defect threshold concentration
1 河南工程学院,河南省电子陶瓷材料与应用重点实验室,郑州 451191
2 河南工程学院理学院,郑州 451191
3 南开大学泰达应用物理研究院, 天津 300457
4 南开大学物理科学学院,天津 300071
针对铌酸锂(LN)电光调Q开关性能一致性差、退压式调Q时无法完全关断光路的问题进行了系统研究。在闪光灯泵浦Nd∶YAG激光系统中, 对多块LN电光调Q开关的退压式电光调Q性能进行了对比测试, 并从电光调Q理论出发, 分析了光路无法关断的可能原因。在此基础上, 利用X射线定向仪、锥光干涉法对各晶体的轴向偏差、光学均匀性进行了表征, 首次发现了LN晶体的电光不均匀性, 即感应主轴偏离理论上的45°方向、通光截面各处感应双折射不一致。通过对比实验, 证实了电光不均匀性是造成光路无法关断、不同开关性能差异较大的主要原因。
铌酸锂晶体 电光不均匀性 电光调Q lithium niobate crystal electro-optic inhomogeneity electro-optic Q-switching
1 河南工程学院, 河南省电子陶瓷材料与应用重点实验室, 郑州 451191
2 南开大学泰达应用物理研究院, 天津 300457
3 南开大学物理科学学院, 天津 300071
为了采用扩散法制备大厚度近化学计量比钽酸锂(nSLT)晶体, 本文从富锂多晶料配比及合成工艺、极化工艺和扩散条件等方面对钽酸锂晶体高温富锂扩散工艺进行了研究, 对处理后晶片组分、畴反转电压和光学均匀性进行了表征, 研究了扩散条件对晶体组分的影响。结果表明, 富锂多晶料锂钽为60/40时较佳, 多次使用对所制备晶片组分、畴反转电压和光学质量无明显影响。在研究基础上, 制备了系列nSLT晶片, 晶片厚度最大为3.2 mm, 其组分达到化学计量比且组分均匀, 矫顽场约为152 V/mm, 晶体光学质量满足实用需求。
钽酸锂晶体 组分 近化学计量比 扩散 lithium tantalate crystal composition near stoichiometric diffusion
