《鈮酸鋰晶體的紫外帶邊缺陷結構和非線性光學性質研究》是依託南開大學，由張國權擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：鈮酸鋰晶體的紫外帶邊缺陷結構和非線性光學性質研究
- 項目類別：重大研究計畫
- 項目負責人：張國權
- 依託單位：南開大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
鈮酸鋰晶體是一種重要的功能光學材料，在非線性光學、聲光、集成光學和信息光學等領域有重要的套用。長期以來，鈮酸鋰晶體的光學性質和套用研究主要集中在可見和近紅外波段。最近的研究表明，鈮酸鋰晶體具有豐富的紫外帶邊光學效應，開拓了鈮酸鋰晶體在紫外波段的新套用。然而，鈮酸鋰晶體的紫外帶邊缺陷結構和光激發載流子輸運機制等重要的基本問題卻一直懸而未決。本項目以鈮酸鋰晶體的紫外帶邊缺陷結構研究為切入點，闡明鈮酸鋰晶體的紫外光激發載流子輸運機制和紫外光致附加電場的形成機制等基本物理問題，揭示鈮酸鋰晶體紫外帶邊微觀缺陷結構與巨觀光學效應之間的內在關係，探討通過微觀缺陷調控鈮酸鋰晶體巨觀光學性質的有效方法，發展鈮酸鋰晶體在紫外波段的新套用，如紫外光致納微結構製備技術。這對於鈮酸鋰晶體中亞微米周期極化疇結構的製備、紫外光學非線性的最佳化、新型藍紫波段抗光損傷鈮酸鋰晶體的生長以及在集成光子學方面的套用等具有重要作用。
結題摘要
本項目主要研究了鈮酸鋰晶體紫外帶邊的非線性光學性質、紫外帶邊的缺陷結構、紫外帶邊光激發載流子的輸運模型以及紫外光輔助的晶體鐵電疇反轉等內容。項目按計畫執行，圓滿完成了任務書中的各項任務，並取得了如下成果：（1）發現高摻Mg^{2+}，Zn^{2+}，In^{3+}以及Hf^{4+}等鈮酸鋰晶體在紫外325nm帶邊處的光折變效應要遠優於在351nm處的光折變效應，如摻9mol.% Zn的鈮酸鋰晶體的兩波能量耦合係數可達38 cm^{-1}@325 nm，光折變光柵記錄靈敏度可達37.7 cm/J@325 nm，摻9 mol.%Mg的鈮酸鋰晶體其光折變光柵記錄回響時間可縮短到約73 ms@325 nm（記錄光強約為614 mW/cm^{2}）。（2）利用光致霍爾效應測定鈮酸鋰晶體在365nm紫外光輻照下的光激發載流子為電子，並且光激發載流子的霍爾遷移率具有各向異性性，沿c軸和x軸方向的霍爾遷移率分別在1 m^{2}/v.s和0.1 m^{2}/v.s的量級。（3）發現摻錫鈮酸鋰晶體中記錄的325nm紫外帶邊光折變光柵在紅光（633 nm）輻照下具有非揮發特性。（4）研究了鈮酸鋰晶體紫外帶邊吸收光譜的溫度效應，發現鈮酸鋰晶體的有效帶隙隨溫度的變化滿足Bose-Einstein關係，隨著摻鎂濃度的增加，晶體的本徵帶隙變寬， Einstein聲子的平均能量由400 cm^{-1}降低到250 cm^{-1}，電聲相互作用的平均強度由0.45 eV降低到0.26 eV，其轉變閾值濃度約為5.0 mol%，與摻鎂鈮酸鋰晶體的抗光損傷濃度閾值相一致。（5）在鈮酸鋰晶體的低溫紫外帶邊吸收光譜中發現一個新的吸收帶，該吸收帶對應的缺陷結構與鈮酸鋰晶體的紫外帶邊光學性質相關。（6）建立了鈮酸鋰晶體的紫外帶邊缺陷結構模型以及光激發載流子的輸運模型。（7）實現了鈮酸鋰晶體的紫外光光輔助鐵電疇反轉。項目在執行期間，在Physical Review A、Physical Review B、Optics Letters、Optics Express等學術刊物上共發表期刊論文13篇，其中SCI收錄13篇，EI收錄12篇，國際會議邀請報告2人次，獲國際會議最佳張貼報告獎1人次。培養博士4人，碩士5人。項目組成員薄方由講師晉升為副教授。
