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。

铌酸锂晶体光学电场传感器为全介质结构，具有宽带宽、对被测电场干扰小的优点，但其灵敏度较低。因此，分析了晶体几何尺寸对传感器灵敏度的影响机理，得出通过增加沿外加电场方向的晶体尺寸同时减少晶体横截面上沿外加电场垂直方向的晶体尺寸来提高传感器的灵敏度。使用COMSOL仿真分析了铌酸锂晶体不同厚度、宽度、长度对晶体内部电场强度的影响，得出晶体厚度从15 mm减小到3 mm和宽度从3 mm增加到22 mm时，晶体内部电场强度分别提高约5.1倍和12.3倍；晶体长度从15 mm变化到55 mm时，晶体内部的电场强度变化仅约为5%。设计并研制出晶体尺寸分别为3 mm×3 mm×42.2 mm (x×y×z)，3 mm×6 mm×42.2 mm (x×y×z)，6 mm×6 mm×42.2 mm(x×y×z)的三只铌酸锂晶体电场传感器，并搭建工频电场测试平台，测试得出三只电场传感器的灵敏度分别为0.243 mV/(kV·m⁻¹)、0.758 mV/(kV·m⁻¹)、0.150 mV/(kV·m⁻¹)。当晶体厚度和长度一定且晶体宽度从3 mm增加到6 mm时，传感器灵敏度提高3倍。当晶体宽度和长度一定且晶体厚度从6 mm减小到3 mm时，传感器灵敏度提高5倍。结合仿真与实验结果得出：在晶体长度一定时，可以通过设计使用宽度更宽、厚度更薄的晶体，研制出高灵敏度的电场传感器。