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光学级铌酸锂晶片
光学级铌酸锂晶片--透光范围广,电光系数与非线性光学系数高,机电耦合系数极高以及化学与机械特性稳定！
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光学级铌酸锂晶片光学级铌酸锂晶片--透光范围广,系数与非线性光学系数高,机电耦合系数极高以及化学与机械特性稳定！铌酸锂晶体是一款具有多种用途的光学材料。其在电光器件、器件、非线性光学与光波导方面具有广泛的应用。其特点包括：透光范围广、电光系数与非线性光学系数高、机电耦合系数极高以及化学与机械特性稳定等。应用：光波导、光学低通滤波器、光隔离器、Wollaston棱镜Orientation: X-axis (all dimensions in mm)Part #ABThickness?-x/+x97-01183-0120.314.00.576.2Polished/polished99-00629-0120.314.00.576.2Polished/polished97-00663-0120.314.01.076.2Polished/ground99-00630-0120.314.01.076.2Polished/polished97-01912-0130.515.21.0100Polished/ground97-01763-1030.515.21.0100Polished/polished97-02604-0142.527.51.0125Polished/polished&Orientation: Z-axis (all dimensions in mm)Part #ABThickness?-z/+z97-00567-0120.314.00.576.2Polished/ground99-00042-0120.314.00.576.2Polished/polished97-00567-0120.314.01.076.2Polished/ground99-60011-0120.314.01.076.2Polished/polished97-01514-1030.515.21.0100Polished/polished97-02641-0142.527.51.0125Polished/polished&如需详细资料，请与我们联系！
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铌酸锂晶体光学加工的研究铌酸锂晶体光学加工的研究
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··········
··········
中图分类号：
学校代码： 10055
密级： 公开
硕士学位论文
铌酸锂晶体光学加工的研究
Study on Optical Manufacturing of Lithium Niobate Crystals
南开大学研究生院
二。一四年五月
南开大学学位论文使用授权书
根据《南开大学关于研究生学位论文收藏和利用管理办法》，我校的博士、硕士学位获
得者均须向南开大学提交本人的学位论文纸质本及相应电子版。
本人完全了解南开大学有关研究生学位论文收藏和利用的管理规定。南开大学拥有在
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论文电子版提交至校图书馆网站：http：H202．113．20．161：8001／index．htm。
本人承诺：本人的学位论文是在南开大学学习期间创作完成的作品，并已通过论文答辩；
提交的学位论文电子版与纸质本论文的内容一致，如因不同造成不良后果由本人自负。
本人同意遵守上述规定。本授权书签署一式两份，由研究生院和图书馆留存。
作者暨授权人签字： 俭鲞霞
2014 年5月27 日
南开大学研究生学位论文作者信息
论文题目 铌酸锂晶体光学加工的研究
姓 名 徐海霞 学号
答辩日期 日
论文类别 博士口 学历硕士■ 硕士专业学位口 高校教师口 同等学力硕士口
院／系／所 泰达应用物理研究院 专业 凝聚态物理
Em3il Xuhaixiasky227@1 63．com
通信地址(邮编)：天津市经济技术开发区宏达街23号南开大学泰达应用物理研究院
备注： 是否批准为非公开论文 否
注：本授权书适用我校授予的所有博士、硕士的学位论文。由作者填写(一式两份)签字后交校图书
馆，非公开学位论文须附《南开大学研究生申请非公开学位论文审批表》。
南开大学学位论文原创性声明
本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所
取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包
含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所
涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本
学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。
学位论文作者签名： 筮连霞 2014 年5月27日
非公开学位论文标注说明
(本页表中填写内容须打印)
根据南开大学有关规定，非公开学位论文须经指导教师同意、作者本人申
请和相关部门批准方能标注。未经批准的均为公开学位论文，公开学位论文本
说明为空白。
申请密级 口限制(≤2年) 口秘密(≤10年) 口机密(≤20年)
保密期限 20 年 月 日至20 年 月 日
审批表编号 批准日期 20 年 月 日
南开大学学位评定委员会办公室盖章(有效)
注：限制★2年(可少于2年)；秘密★10年(可少于10年)；机密★20年(可少于20年)
铌酸锂晶体(LiNb03简称LN)因其优良的压电、电光以及非线性光学等性
能，在诸多方面被广泛研究和应用。比如，因其优良的压电效应，铌酸锂晶体
被广泛应用在声表面波滤波器方面；因其优良的电光性能，铌酸锂晶体可用于
电光调Q开关；除了压电和电光性能之外，铌酸锂晶体还是优良的非线性光学晶
体材料，在光参量振荡(OPO)、准相位匹配光参量振荡(QPM．OPO)等方面
得到了广泛的应用。铌酸锂晶体在作为压电、电光以及非线性晶体使用时，对
晶体的切割方向以及晶片的表面质量都有特定的要求。如电光调Q开关、光参量
振荡以及周期极化铌酸锂晶体的应用都需要晶体进行双面抛光，对晶体的表面
粗糙度、光洁度以及平面度也提出了更严格的要求。由于铌酸锂晶体的各向异
性，为了满足相位匹配，当用作光参量振荡时，需要考虑特殊切型的晶体，这
就对晶体的定向切割也提出更高的要求。
本论文的工作主要围绕铌酸
正在加载中，请稍后...周期极化铌酸锂晶体制备和应用研究
本文主要研究外加电场极化法制备周期极化铌酸锂晶体(PPLN)的技术和应用，并利用周期极化铌酸锂晶体具有的特殊化学性质，提出在局部畴反转的铌酸锂衬底上刻制出V型槽的方法，这种V型槽将用于简化铌酸锂光电器件的耦合封装。本文简要介绍了周期极化铌酸锂的发展历程和应用前景。其次，分析比较了周期极化技术的几种工艺过程，着重研究了外加电场法，之后，进行可计数的高压脉冲电源的设计与实验，完成了铌酸锂晶体的光刻和液体电极的制作，为实现周期极化铌酸锂打下了坚实的基础，进行实验，分析结果。最后，提出改进方案。&
(本文共58页)
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本课题来源于教育部科学技术研究重点项目和国家自然科学基金项目。论文对准相位匹配技术的基本原理及其应用进行了详细的理论分析,并得出了一系列与实验结论相吻合的计算公式,同时对铌酸锂晶体的特性及其周期极化实验进行了详细的描述。利用准相位匹配技术,通过人为地在非线性晶体上制备出非线性系数的周期结构,来满足相位匹配条件,可以提高频率转换的效率与扩大非线性晶体的应用波段范围,这是近年来非线性光学研究的重要发展方向。利用铌酸锂晶体制作周期极化结构,以实现准相位匹配技术是最为突出的例子。铌酸锂晶体是实现准相位匹配最为理想的材料之一,因为它有效非线性系数较大而得到迅速发展。近年来,由于铌酸锂晶体生长工艺的成熟和PPLN外加电场极化法制备技术的提高,使得它在非线性频率变换领域的应用越来越广泛。论文分别从准相位匹配的基本原理和实现准相位匹配技术的主要手段两个方面入手,展开了深入了研究,主要工作如下:1、从麦克斯韦方程组及非线性极化的原理出发,推导了介...&
(本文共90页)
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铌酸锂晶体和周期性极化铌酸锂晶体(PPLN)在传导器、探测器、光集成电路和声表面波等方面有着很广泛的应用前景,对它们的研究有着很重要的理论意义和应用价值。目前国内的研究主要集中在晶体制备以及器件研制方面。对于周期性极化铌酸锂晶体的本身性质,以及微观物理机制和规律方面缺少相关讨论。在本文中介绍了压电晶体以及铌酸锂晶体的发展和研究历史;对压电学的基本原理,以及压电方程的四种形式和四类边界条件作了介绍;归纳了铌酸锂和周期性极化铌酸锂晶体的基本物理特性、制备方法和相关参数的测量方法。主要讨论了周期性极化铌酸锂晶体的介电常数随外加微波源频率变化的关系,推导出介电常数随频率变化关系的公式,并且进一步讨论了在不同情况下,周期性极化铌酸锂晶体中介电常数随外加微波源频率变化的一般规律,并利用理论与实验结果的拟合确定了PPLN晶体的相关物理参数。本文的主要意义是通过对铌酸锂晶体的一些物理特性的讨论,总结出解决周期性极化铌酸锂晶体中介电常数随外加微波...&
(本文共101页)
权威出处：
周期极化钛扩散近化学计量比铌酸锂光波导(Ti:PPLN)在全光波长变换器、中红外激光光源以及THz辐射源等方面都具有广阔的应用前景。本论文开展了近化学计量比Ti:PPLN光波导的研究工作，涉及周期极化处理用高压方波脉冲电源的改进和液体电极极化装置的研制以及富锂气相输运平衡(VTE)对铌酸锂晶体畴结构的影响，进一步完成了近化学计量比Ti:PPLN条型光波导的制作和表征工作。取得了如下一些研究结果：1.完成了所购置的高压直流电源的改进工作，以适应于周期极化实验。改进工作主要涉及可控信号发生器、光耦隔离电路和功率放大驱动装置的增设，以实现高压方波脉冲的输出。还研制了液体电极极化装置，包括电极夹具和外接极化电路。外接极化电路部分配备有示波器、高压电表等监测设备，可以实时监控极化过程。2.利用研制的极化系统研究了富锂VTE处理时间和极化反转电压的关系。本文以0.5mm厚Z切同成份铌酸锂晶体为样品进行研究。研究结果表明富锂VTE处理时间小于...&
(本文共69页)
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准相位匹配(QPM)技术是一种获得高的非线性频率变换效率的相位匹配技术。近几年来,随着一批新型优质非线性光学晶体的发明、成熟和大量应用,尤其是掺氧化镁的周期极化铌酸锂晶体(MgO:PPLN)的出现,使得基于准相位匹配技术的光学参量振荡器的研究取得很多重要成果,也促进了光参量振荡器在相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)谱测量、环境监测、红外干扰和对抗等很多领域的应用。通过提拉法成功制备了掺镁近化学计量比铌酸锂晶体,进行了基于MgO:PPSLN晶体的准相位匹配连续可调谐的中红外光参量振荡器的理论与实验研究工作。主要工作如下:(1)阐述了基于准相位匹配的非线性变换技术的发展历史,对连续可调谐中红外光参量振荡器的研究现状以及发展趋势做了广泛的调研,明确了研究工作的重点和方向;分析了与连续可调谐中红外光参量振荡器相关的基础理论,包括光参量振荡器和产生器中的三波互作用理论、准相位匹配理论、光参量振荡器的基本理论等。在此基础上,开展了对单轴晶体...&
(本文共71页)
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1引言铌酸锂(LiNbO3,简称LN)晶体因其众多优良的化学物理性能一直是基础科学和应用研究的热点。它是优良的铁电、热电材料,具有大的电光、声光、光弹系数以及强的光折变、光电效应,而且它的热、化学、机械性能稳定,易于生长大尺寸晶体,被广泛应用于声表面波、电光、声光、存储等器件[1]。随着晶体应用领域的不断扩大,人们对LN晶体的质量和性能也不断提出更高的要求。由Li2O-Nb2O5二元体系相图(图1)可知,从化学计量比点到富铌侧,LN晶体存在一个宽范围的固溶区。对于偏离化学计量比的LN晶体,为了保持图1 L i2O-Nb2O5二元体系相图F ig.1 L i2O-Nb2O5b inary system phase d iagram.The congruent and stoich iom etric pointsm arked in the d iagram晶体电中性,就会引入各种类型的缺陷。研究表明,LN晶体的众多物理性质与晶体...&
(本文共5页)
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铌酸锂（LiNbO_3,LN）晶体被誉为“光学硅”，在研究方面和应用方面有许多重要的特性，例如声光、电光、热光、非线性、光折变等效应。其中光折变效应是由于光照而引起铌酸锂晶体折射率的改变，且折射率改变值的大小与光的调制度成正比，这是光折变空间孤子产生的理论基础。本论文工作主要研究了影响铌酸锂晶体抛光效果的主要因素；在铌酸锂晶体内实现光折变亮空间孤子的物理条件；基于单中心模型建立起来的双中心模型等问题。基于对实验晶体铌酸锂的一些物理要求，首先利用机械设备对掺铁铌酸锂进行了研磨和抛光。通过改变抛光参数的方法，研究了不同抛光参数对抛光效果的影响。结果表明：在抛光压力为0.8kPa左右，抛光液的pH值为9~10，抛光盘转速为40r/min左右时铌酸锂晶片的抛光效果最好，此时铌酸锂晶体表面比较平整，有利于孤子实验的进行。在背景光和信号光的照射下，本实验成功在单掺铁铌酸锂（LiNbO_3）晶体产生了光折变亮空间孤子。此时背景光功率为30μW...&
(本文共55页)
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订购咨询：400-819-9993
传真：010-铌酸锂(LiNbO3，简称&LN)的结构
铌酸锂晶体
铌酸锂(LiNbO3，简称
LN)晶体是一种重要的人工合成多功能压电、铁电和电光晶体[1]。1965年，Ballman首次用Czochralski技术生长出高质量大尺寸的LiNbO3单晶。此后，LiNbO3晶体的优异性能以及它不断地呈现出新的技术应用背景[2]，使LiNbO3晶体在晶体材料中占据了重要的地位，至今仍然是经久不衰的材料研究热点。
1966年Bell实验室的Ashkin等人在LiNbO3和LiTaO3晶体的激光倍频实验中意外发现了光折变效应。当时把这种由于折射率的不均匀改变导致的光束散射和畸变称为“光损伤”。后来人们认识到这种“光损伤”在暗处可保留相当长的时间，而在强的均匀光照下或在200℃以上加热情况下又可被擦除而恢复原状。
在无机光折变晶体中，铁电晶体LiNbO3由于具有良好的光电性能，易于生长出大尺寸晶体，因而成为应用最多的光存储材料。通常商用的LiNbO3是从一致共熔融组分中采用提拉法生长出来的，其锂铌摩尔比为0.946。这样在LiNbO3中存在许多本征缺陷，如锂空位、反位铌等，造成载流子陷阱多，空间电荷易被捕获，导致光电导小，光存储写入速度慢。在大规模体全息存储复用过程中，写入后一幅图像时，易擦除已存入的图像，同时写入时间长、易形成光损伤，对大规模存储十分不利。于是生长本征缺陷少的近化学计量比或化学计量比LiNbO3就成为材料工作者普遍
铌酸锂晶体的结构及缺陷
铌酸锂晶体的结构
铌酸锂晶体属三方晶系[3]，其结构可视为由氧原子的畸变六角密堆积形成三种氧八面体，最小的八面体由Nb离子占据，体积居间的八面体为Li离子占据，而最大的八面体为空(用“V”表示)。在高温状态的顺电相为3m点群，在低温的铁电相，其结构发生畸变，成为3m点群。在LiNbO3的晶体结构中，负离子O2-堆积成晶格骨架，O2-形成平面层，沿c轴方向堆积，正离子Li+和Nb5+填充在骨架中。顺电相中，Li+离子位于氧三角形平面层内，是三配位的Nb5+离子位于两层氧平面层之间，六个O2-离子在其周围呈八面体配位。当晶体从高温越过居里点变成铁电相后，晶格发生畸变，使得Li+和Nb5+的位置发生了一点微小的移动；Li+离子不再位于氧平面层上，而是沿+c轴有一个位移(0.71Ǻ)，进入两层氧平面层之间；Nb5+离子也有一个位移(0.26
Ǻ)，不再位于氧八面体配位场的中心。最终结果是Li+和Nb5+都位于畸变的氧八面体配位场中，沿+c轴方向阳离子的排布次序依次为…LiNbVLiNbV…。图1-1是LiNbO3晶体的结构示意图。
& & & 铁电相
图1-1铌酸锂晶体结构示意图
铌酸锂晶体的本征缺陷
在LiNbO3晶体中，Li+和Nb5+具有几乎相同的离子半径，且两者都处于畸变的氧八面体中，具有相似的晶格环境，而且由于Nb-O键比Li-O键强很多，所以LiNbO3晶体的实际组分具有偏离其化学计量组分的趋势。一般条件下用提拉法生长的LiNbO3晶体都处于缺Li的状态，即Li/Nb=0.946&1。如此大量的缺Li，势必会造成同成分LiNbO3晶体中存在大量的本征缺陷。关于LiNbO3晶体的本征缺陷结构，人们已经做了大量的研究工作。详细的X射线衍射分析表明LiNbO3晶体中存在着大量的反位铌NbLi。根据Li的缺少和反位铌NbLi的局域电荷平衡，研究者们曾提出多种缺陷结构模型，具有代表性的缺陷模型可归纳为以下三种：
(1)氧空位模型
氧空位模型首先在1968年由Fay等人[4]提出，其基本观点是：由于锂的缺少在LiNbO3晶体中形成Li空位，同时形成相应数量的氧空位来实现电荷补偿，其晶体化学的结构式可表示为。该模型的直接推论是：偏离理想配比将导致晶体密度的增大。但精确的测量表明，随着比的增大晶体的密度反而减少，所以目前人们基本上不采纳该模型[5]。
(2)铌空位模型
1972年，Peterson和LernevMe[6]首先提出铌空位模型，其基本观点是：LiNbO3晶体中不存在氧空位，由于锂的缺少而形成的锂空位全部由铌填满，形成反位铌，电荷平衡由铌位形成相应数量的铌空位来完成。其晶体化学结构式可表示为。该模型的特点是晶体中不存在锂空位，晶体中的主要缺陷为和。
1986年，Abrahams和Marsh通过详细的X射线实验支持了该模型，使得该模型曾一度被人们广泛采用。但是，后来人们逐渐发现这一模型无论从理论上还是从实验上都存在问题。Smyth首先从理论上对铌空位模型提出质疑。按照铌空位模型，以计算，同成分铌酸锂晶体中应该有5.9mol％的反位铌和4.7mol％的铌空位，铌酸锂晶体中存在如此大量的高电荷反位铌从能量的角度上看是不合适的。虽然该模型没有完全被否定，但目前已很少被人采用。
(3)锂空位模型
锂空位模型由是Lerner等人[7]提出的，观点是：同成分铌酸锂晶体中不存在氧空位，Li的缺少导致锂空位。为了电荷平衡，一部分Nb也进入锂位，铌酸锂的化学结构式可表示为：。铌空位模型中反位铌的数量大约是锂空位模型中反位铌的5倍。在锂空位模型中不存在铌空位，而在铌空位模型中不存在锂空位。
此外，对铌酸锂晶体的缺陷结构还存在其他的解释，如Nb2O5束结构等。在化学计量比铌酸锂晶体中，锂位铌(即反位铌)大约为0.01％，比同成分铌酸锂晶体要低两个数量级。这种晶体缺陷的差异导致吸收边移，X射线和中子衍射[8,9]、核磁共振[10]及拉曼光谱[11]等实验表明了此现象。
铌酸锂晶体是一种典型的非化学计量比晶体，在通常条件下生长的晶体都处于缺锂的状态，即[Li]/[Nb]&1。研究表明Li和Nb在铌酸锂晶体中所占的比例与原料的杂质、缺陷及生长过程的气氛密切相关，Nb2O5原料中氧的缺少是影响铌酸锂晶体同成分点的一个重要因素。如此大量的缺锂，势必会造成同成分铌酸锂晶体中含有数量巨大的本征缺陷。
铌酸锂晶体的非本征缺陷
LiNbO3特殊的晶体结构导致杂质离子很容易进入它的晶格，形成大量的非本征缺陷，影响其物理化学性质。由于LiNbO3晶体中的Li位和Nb位具有相似的环境，杂质离子进入晶体后，很难区分它的占位方式。进入到20世纪90年代，随着分析方法和技术的进步，测试结果变得更加可靠。近年来，人们采用先进的实验设备和实验方法，较精确地确定了各种离子在晶体中的占位。研究者们将紫外可见吸收光谱(UV-VlknIS)、红外振动吸收光谱(IR)、示差扫描量热分析(DSC)、X射线扩展射线吸收精细结构(EXAFS)、原子核反应分析(NRA)、卢瑟福散射(RBS)、质子诱导射线发射(PIXE)和电子。原子核双共振研究(ENDOR)等多种分析手段联合应用于LiNbO3晶体的缺陷结构研究中，获得了大量金属离子在LiNbO3晶体中的占位情况。掺杂离子进入到LiNbO3晶格中，它可以取代的离子有如下几种：反位铌NbLi、正常晶格中的Li离子和Nb离子。掺杂离子取代正常晶格中的Li离子是一个比较容易发生的过程，这一取代过程在整个掺杂过程中都可能存在，只是在不同的掺杂浓度时可能有不同的表现。低价掺杂离子取代反位铌应该是一个具有优先权的替代过程；低价掺杂离子取代正常晶格中的铌离子，是一个只有在掺杂浓度较高，晶格中的掺杂离子较多和电荷补偿相对较容易时才能发生的过程。具体地说，对于掺镁、锌、铟、钪铌酸锂晶体，其缺陷结构模型与掺杂浓度密切相关。掺杂浓度从低到高变化时，掺杂离子的占位可能经历了以下几个阶段：取代反位铌；取代正常晶格上的锂离子；大量取代Li离子而少量取代Nb离子；同时取代Li离子和Nb离子，并形成大量剩余电荷自补偿的缺陷基团。当掺杂量较低时，低于五价的掺杂离子在铌酸锂晶体中占Li位，五价离子占Nb位，如在与高于阈值浓度的镁和锌离子共掺时，四价离子占铌位。其中关于三价离子的占位存在争议，三价离子的占位则可能与掺杂离子本身的特性有关，大致可以认为，价态稳定的三价离子占据Li位，容易变价的离子同时占据Nb位和Li
铌酸锂晶体的掺杂改性
按照目前普遍认同的锂空位模型，晶体中存在的本征缺陷结构主要为反位铌NbLi和锂空位VLi[13]。由于LiNbO3自身结构的特殊性，使得它的晶格能容纳周期表中几乎所有的金属离子，从而使其性能发生很大的变化，这也是铌酸锂晶体引起人们广泛关注的重要原因之一。关于铌酸锂晶体的掺杂改性研究，主要围绕光折变敏感离子掺杂、抗光折变离子掺杂、激光离子掺杂三个不同的方面展开。
光折变敏感离子掺杂
所谓光折变，是指在光照射下致使晶体的折射率发生变化。光折变敏感离子，是指掺入的离子能提供合适的光折变中心，使铌酸锂晶体的光折变性能增强。这类掺杂离子主要为过渡金属离子，如Fe、Co、Ni、Cr、Mu、Ti、Cu、Rh等[14]。它们既能够激发又能够俘获d电子，在这个过程中充当电荷的施主和受主，并在能隙中形成杂质缺陷能级，从而影响晶体的光折变性能。它们虽不改变晶体的光电性质，但对晶体载流子的迁移参数、光吸收系数和光折变敏感度等影响很大。以效果最为显著的掺铁铌酸锂晶体为例，光折变灵敏度与Fe2+和Fe3+的比率有关，这个比率可以通过适当地氧化还原处理或者通过电化学方法加以控制。在掺Fe:LiNbO3晶体的光折变效应中，光生伏打机制占很重要的地位，其光生伏打电流依赖于施主Fe2+的浓度。光电导则与施主Fe2+和受主Fe3+二者有关，当Fe2+浓度大于Fe3+浓度时，Fe2+上的电子被激发至导带，电子迁移为主；当Fe2+浓度小于Fe3+浓度时，电子从氧的p轨道激发至Fe3+，在价带中产生空穴，空穴导电为主。
由于光折变敏感离子化合价的改变影响着晶体的光折变机制，对晶体进行氧化还原处理也能明显地影响其光折变性能。因此，要想获得光折变性能良好的全息存储器件，除了选择合适的掺杂剂种类和浓度，还要选择合适的氧化还原条件。
抗光折变离子掺杂
抗光折变离子，是指掺杂的离子能够抑制铌酸锂晶体的光折变效应，使其抗光折变性能增强，即使在较高的光强下折射率也不发生改变，从而扩大其在倍频、Q开关、光波导、光调制器等领域的应用。目前已知的抗光折变离子主要有二价Mg2+和Zn2+，三价In3+和Sc3+[15]，以及四价Hf4+和Zr4+。这类离子基本上都是满壳层结构，不能作为施主或受主提供或俘获电子，但可以提高晶体的光电导和暗电导，降低晶体的光折变灵敏度和光折变饱和值。关于掺杂离子的抗光折变机理，人们开展了大量的研究工作，认为掺入一定量的抗光折变离子后，本征缺陷(反位铌NbLi和锂空位VLi)浓度发生变化，结果使光电导大大提高，从而导致光生伏打电场下降引起光折变效应减弱，抗光折变能力增强。
激光离子掺杂
激光离子掺杂，主要是指掺入稀土离子，并对其吸收、激发、发射、荧光寿命等各种光谱性能进行研究，以获得激光晶体材料。铌酸锂晶体是一种激光活性介质，掺入不同的稀土离子就能够发出不同特征频率的激光，已有报道的发光掺杂包括Pr3+、Nd3+、Eu3+、Er3+和Tm3+等。当把铌酸锂晶体作为单独的发光介质时，发光效率不高，利用抗光折变能力较强的Mg:LiNbO3或Zn:LiNbO3代替纯LiNbO3作为激光基质材料，效果更好。因此，人们研究了Nd:Sc:LiNbO3、Nd:Mg:LiNbO3、Er:Sc:LiNbO3
、Tm:Mg:LiNbO3等晶体，发现当同时有高浓度的抗光折变离子掺入时。稀土离子的光谱性质发生了变化，产生一些新的发射峰，且各组发射峰的相对强度也有所改变，这主要是因为稀土离子的占位发生了变化，从Li位移到了Nb位，周围环境配位场的不同导致了其光谱性质出现差别。
虽然对铌酸锂晶体掺杂改性的研究在实验上取得了许多进展，但是对于掺杂铌酸锂晶体的缺陷结构和掺杂离子对晶体光学性质的影响仍缺乏系统和深入的认识。因此采用合适的理论方法对掺杂铌酸锂晶体的缺陷和性质进行研究，可以揭示这类材料结构和性能之间的关系，并为实验提供理论依据，这对于新材料的设计有很重要的意义[16]。
掺杂离子之间的互补效应
有时为了更好地增强晶体的光折变性能，人们往往会在同一晶体中掺入多种杂质离子，希望能综合它们的优点，获得更好的材料。第二种掺杂离子可能作为第二光折变中心，直接参与电荷载流子的产生、迁移和俘获，也可能只对晶体光波长的响应、晶体生长质量、电荷补偿等方面起一定作用。
晶体掺杂时，由于杂质离子与被置换的本征离子在离子半径、电荷、电负性等方面有差异，掺杂后晶体的结构总要发生畸变，主要表现在晶胞体积(晶胞参数)的改变和由电荷补偿导致的本征缺陷浓度的改变。一般来说，掺杂浓度愈大，这种结构畸变程度也愈大。但在双掺或多掺晶体中，却存在由于掺杂离子的互补效应，结果降低了晶格畸变程度。如对于三方晶系的LiNbO3晶体，未掺杂晶体的晶胞参数a=5.;，c=13.8304。两种单掺杂晶体Fe:LiNbO3
的a=5.;，c=13.;；Ce:LiNbO3的a=5.;，c=13.;，两者的平均畸变程度分别为0.24%和0.19%。然而双掺杂Ce:Fe:LiNbO3晶体的a=5.;，c=13.;，平均畸变程度为0.16%，小于单掺晶体。这种“互补效应”往往使得多掺杂晶体的生长比单掺晶体更加容易，且晶体质量更加优良。
多种离子之间的相互作用决不仅仅是简单的加和，它们往往使晶体表现出新的特性，如SBN:Ce:Ca
晶体，铈离子是一种优良的光折变中心离子，当继续加入Ca2+作为第二掺杂离子之后，发现双掺Ce:Ca:SBN晶体在红光波段(650nm)附近出现了一个新的宽带吸收峰，结果使得整个晶体的光折变波长响应范围向红光和红外区域扩展。在近红外波长840nm光照下，Ce:Ca:SBN晶体的二波耦合增益系数可达1.5cm-1，而未掺的Ce:Ca:SBN晶体的增益系数只有0.29cm-1(Ca2+离子在晶体中只以一种氧化态存在，其本身并不能电离或俘获电荷，但是由于Ca2+在红光波段产生吸收，光子能量从Ca2+转移到Ce3+/
Ce4+离子，使光折变效应增强)。
双掺杂铌酸锂晶体的光致变色效应
等人提出了在Mn:Fe:LiNbO3实现非挥发性存储的新方法以来，双掺铌酸锂晶体现在已成为人们的一个研究热点。这类晶体中掺入两种光折变中心离子，它们在晶体的带隙中形成两个局域能级，一个是深能级，对短波长的光(如紫外光)敏感，而长波长的光(如红光)不能使它激发出载流子；另一个是浅能级，能同时对红光和紫外光敏感。这类材料具有光致变色效应，即在光照下(如紫外光照)，材料对光的吸收特性会发生改变(如以红光为测试光，对红光的吸收率会随紫外光照时间长短而改变)。这主要是因为短波长的光照会使载流子在不同陷阱(如Mn3+，Fe3+)之间重新分布。已报道的光致变色铌酸锂晶体有Mn:Fe:LiNbO3、Mn:Ce:LiNbO3、Cu:Ce:LiNbO3。这类晶体在适当的光照下都能实现非挥发性存储，为体全息存储的实用化大大向前推进了一步。
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