掺镁铌酸锂晶体周期极化及其光学参量振荡研究

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硕士学位论文

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论文作者：』列蜘乱一……——指导教师：＿童蛀互Ｌ型塑量—一

南开大学研究生院

２００５年５月

铌酸锂的性质及应用

铌酸锂的性质及应用 一、晶体基本介绍 铌酸锂(LINbO3，LN)晶体是一种集压电、铁电、热释电、非线性、电光、光弹、光折变等性能于一体的多功能材料，具有良好的热稳定性和化学稳定性，可以利用提拉法生长出大尺寸晶体，而且易于加工，成本低，是少数经久不衰、并不断开辟应用新领域的重要功能材料。目前，已经在红外探测器、激光调制器、光通讯调制器、光学开关、光参量振荡器、集成光学元件、高频宽带滤波器、窄带滤波器、高频高温换能器、微声器件、激光倍频器、自倍频激光器、光折变器件(如高分辨的全息存储)、光波导基片和光隔离器等方面获得了广泛的实际应用，被公认为光电子时代光学硅的主要侯选材料之一。基于准相位匹配技术的周期极化铌酸锂(PeriodieallyPoledLiNbO3，PPLN)，可以最大程度地利用其有效非线性系数，广泛应用于倍频、和频/差频、光参量振荡等光学过程，在激光显示和光通信领域具有广阔的应用前景，因而成为非常流行的非线性光学材料。 二、基本化学性质 铌酸锂晶体简称LN，属三方晶系，钛铁矿型(畸变钙钛矿型)结构，AB03型晶体结构的一种类型。其原子堆积为ABAB堆积，并形成畸变的氧八面体空隙，1/3被A离子占据，1/3被B离子占据，余下1/3则为空位。此类结构的主要特点是:A和B两种阳离子的离子半径相近，且比氧离子半径小得多。分子式为LiNbO3，分子量为147.8456。相对密度4.30，晶格常数a=0.5147 nm，c=1.3856 nm，熔点1240℃，莫氏硬度5，折射率n0=2.797，ne=2.208(λ=600 nm)，界电常数ε=44，ε=29．5，ε=84，ε=30，一次电光系数γ13=γ23=10×10m/V，

铌酸锂晶体的横向电光效应V0培训讲学

铌酸锂晶体的横向电光效应研究 1实验要求 1研究内容 1.1熟悉沿光轴条件下铌酸锂晶体的横向电光效应。 1.2研究近轴条件下铌酸锂晶体的横向电光效应，对铌酸锂晶体的电光效应进行理论推 导，分析降低晶体驱动电压的方法。 1.3研究非近轴条件下铌酸锂晶体的横向电光效应，分析入射角对晶体电光效应的影 响，进行数值仿真。 2成果形式 2.1采用理论分析与数值仿真结合的方式，研究结果以图表的形式给出。 2.2完成课题研究报告。 2背景介绍 铌酸锂( LINBO3) 晶体作为一种优良的横向电光调制材料，具有驱动电压低、插入损耗小、光谱工作范围宽、消光比高和易于大规模生产等优点，在光通信、光信号传输、电光开关等领域得到了广泛的应用。 理想情况下光线沿着铌酸锂晶体的光轴方向传播，并且在理论分析时不考虑自然双折射的影响，但是，实际应用中光线与光轴完全校准是不可能实现的，这就会造成理论与实际之间存在误差。分析铌酸锂晶体在近轴及非近轴情况下的横向电光效应，对于利用角度调节以改善其电光性能具有指导意义。同时，近轴及非近轴条件下晶体的电光特性对既需要利用晶体双折射效应进行分束或者合束，又需要利用其电光效应产生附加相移的新型电光器件来说是至关重要的。 3基础知识 研究铌酸锂晶体的横向电光效应，涉及到光的偏振、双折射及晶体的电光效应等较为基础的知识，为了更加深入地理解电光效应，更加透彻地分析不沿光轴条件下铌酸锂晶体的横向电光效应，对该问题所涉及一系列基础知识进行复习整理，如下所示。 1光的偏振 1.1电磁波是横波，具有偏振现象，这是许多的光学现象的重要基础，包括电光效应。 1.2对人眼、照相底片及光电探测器起作用的是电磁波中的电场强度E，因此常把电矢 量E称为光矢量，把E的振动称为光振动。在讨论光振动的性质时，只需要考虑 电矢量E即可。 1.3完全偏振光包括线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光，可用如下模型描述（图中给出 了线偏振光的例子，线偏振光的例子里x、y方向的振动无相位差）：

光学参量振荡器的生产技术

一种光学参量振荡器，包括：泵浦激光源装置，用于产生泵浦光；泵浦光控制装置，用于接收泵浦光，并对泵浦光的光斑尺寸和偏振方向进行调节，包括双色镜，并将调节后的泵浦光通过双色镜导出；谐振腔装置，包括非线性光学晶体、高反射率腔镜以及输出耦合镜，其中，非线性光学晶体设于高反射率腔镜和输出耦合镜之间，非线性光学晶体用于接收双色镜导出的泵浦光并实现生成信号光和闲频光，并将其导出至高反射率腔镜；高反射率腔镜的法线方向与泵浦光方向设有预设夹角，用于反射泵浦光至非线性光学晶体，以使反射的泵浦光与入射的泵浦光在晶体内部形成准共线，信号光和闲频光依次通过双色镜和输出耦合镜输出。 权利要求书 1.一种光学参量振荡器，包括： 泵浦激光源装置(100)，用于产生泵浦光； 泵浦光控制装置(200)，用于接收所述泵浦光，并对所述泵浦光的光斑尺寸和偏振方向进行调节，包括双色镜(208)，并将调节后的泵浦光通过所述双色镜(208)导出； 谐振腔装置(300)，包括非线性光学晶体(301)、高反射率腔镜(302)以及输出耦合镜(303)，其

中，所述非线性光学晶体(301)设于所述高反射率腔镜(302)和输出耦合镜(303)之间，所述双色镜(208)设于所述输出耦合镜(303)和非线性光学晶体(301)之间，所述非线性光学晶体(301)用于接收所述双色镜(208)导出的泵浦光并实现非线性光学转换生成信号光和闲频光，并将其导出至高反射率腔镜(302)；所述高反射率腔镜(302)的法线方向与所述泵浦光方向设有预设夹角，用于反射泵浦光至非线性光学晶体(301)，以使所述反射的泵浦光与入射的泵浦光在晶体内部形成两束准共线泵浦光，所述两束准共线泵浦光生成的信号光和闲频光依次通过所述双色镜(208)和输出耦合镜(303)输出。 2.根据权利要求1所述的光学参量振荡器，所述泵浦光控制装置(200)沿光路方向还依次包括高能吸收光阑(202)、偏振分束立方体(204)、透镜(207)，且所述偏振分束立方体(204)前后各设一半波片(203)分别为第一半波片和第二半波片，且所述第一半波片和第二半波片可旋转，所述透镜(207)前后各设一光路校准光阑(206)分别为第一光路校准光阑和第二光路校准光阑，其中，高能吸收光阑(202)用于限制所述泵浦光的光斑尺寸以及吸收经谐振腔光路偏离后的泵浦光，以保护所述泵浦激光源装置(100)不被返回的泵浦光损伤；半波片(203)用于旋转所述泵浦光的线偏振方向；偏振分束立方体(204)用于将所述泵浦光的水平偏振成分和竖直偏振成分分开，并将所述泵浦光的竖直偏振成分发送至第二半波片；光路校准光阑(206)用于校准泵浦光路；透镜(207)用于调节所述泵浦光的光斑尺寸；所述从第二光路校准光阑出射的泵浦光通过所述双色镜(208)导出。 3.根据权利要求2所述的光学参量振荡器，所述透镜(207)包括平凸透镜(2071)和平凹透镜(2072)，所述平凸透镜(2071)和平凹透镜(2072)的平面部分相对平行设置且其之间的距离为所述平凸透镜(2071)和平凹透镜(2072)的焦距之和。 4.根据权利要求1所述的光学参量振荡器，所述高反射率腔镜(302)的法线方向与所述泵浦光方向设有预设夹角小于或等于0.3°。 5.根据权利要求2所述的光学参量振荡器，所述谐振腔装置(300)还包括电动促动器系统(304)，其上表面设有所述非线性光学晶体(301)，用于带动所述非线性光学晶体(301)旋转。 6.根据权利要求5所述的光学参量振荡器，所述电动促动器系统(304)包括晶体固定柱(3041)、旋转臂(3042)、旋转台(3043)、直流伺服电动促动器(3044)、复位弹簧(3045)以及蓝

第四章 光参量放大和光参量振荡 dff

第四章 光参量放大与光参量振荡 自从1961年Franken 等人首先观察到二次谐波产生后不久，1962年Kingston 等人 在理论上预言了三波相互作用中存在参量增益的可能性。1965年，Wang 和Resettle 首先观察到三波非线性相互作用过程中的参量增益。同年，Goodman 和Miller 首次用3LiNbO 晶体制作成了第一台光参量振荡器，开辟了一套全新运转的光学参量振荡器；1970年，Smith 、Parker 和Amman 等人将参量振荡器置于激光谐振腔内，分别研制成了连续和脉冲内腔式光学参量振荡器；1971年，Yarborough 和Massey 研制成了无共振腔的光学参量振荡器。光学参量振荡器的输出具有很高的单色性和方向性，它是将频率固定的相干辐射变成可调谐相干辐射的重要手段之一。与激光器输出激光的波长是由相应的原子跃迁决定的不同，光学参量振荡器输出波长是由泵频光的频谱、空间分布、相位匹配条件决定的，是可以在较大范围内调谐。由于光学参量振荡器可以提供从可见一直到红外的可调谐相干辐射，因此在光谱研究中具有广阔的应用前景。 3ω、2ω的光波产生差频132=-ωωω（），在此过程中，频率为2ω的光波不是减少而 是随着差频1ω光的产生一起增加，或者说频率为2ω的光波被放大了，这种放大称为光学参量放大。在参量放大中，一般把频率为 3 ω的光叫泵频光，频率为 2 ω的光叫信频光，频率为 1ω的光叫闲频光，光学参量放大器（Optical Parametric Amplifier,简称为OPA ）就是指 对信号光进行放大的器件。与激光放大器增益是由原子、分子能级之间的粒子数反转提供的不同，光参量放大器的增益是由非线性介质中光波之间的相互作用产生的。 4．1.1光参量放大过程的普遍解 光参量放大是和频产生的逆过程，它的一般理论与差频产生的理论相同，不同的是输入光的条件。通常把参量放大看成是用单个泵浦光束来激发的过程，而把差频产生看成是用两个强度相近的泵浦光束来激发的过程。当很大一部分泵浦能量转移到两个较低频率的光场后，参量放大和差频的不同就消失了。为使讨论更具普遍性，假设输入端除了输入一个很强的泵浦光3ω外，还同时波矢共线输入两个弱光，频率分别为1ω、2ω如图4-1-1所示。 3ω z 2ω 图4-1-1光参量放大示意图 1 ω

铌酸锂晶体电光调制器的性能考试OK

铌酸锂晶体电光调制器的性能测试---OK

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铌酸锂(LiNb03)晶体电光调制器的性能测试 铌酸锂（LiNbO3）晶体是目前用途最广泛的新型无机材料之一，它是很好的压电换能材料，铁电材料，电光材料，非线性光学材料及表面波基质材料。电光效应是指对晶体施加电场时，晶体的折射率发生变化的效应。有些晶体内部由于自发极化存在着固有电偶极矩，当对这种晶体施加电场时，外电场使晶体中的固有偶极矩的取向倾向于一致或某种优势取向，因此，必然改变晶体的折射率，即外电场使晶体的光率体发生变化。铌酸锂调制器，应具有损耗低、消光比高、半波电压低、电反射小的高可靠性的性能。 【实验目的】 1．了解晶体的电光效应及电光调制器的基本原理性能． 2. 掌握电光调制器的主要性能消光比和半波电压的测试方法 3. 观察电光调制现象 【实验仪器】 1．激光器及电源 2．电光调制器(铌酸锂) 3．电光调制器驱动源 4. 检流计 5．示波器 6．音频输出的装置 7．光具台及光学元件 【实验原理】 1．电光效应原理 某些晶体在外电场作用下，构成晶体的原子、分子的排列和它们之间的相互作用随外电场E 的改变发生相应的变化，因而某些原来各向同性的晶体，在电场作用下，显示出折射率的改变。这种由于外电场作用而引起晶体折射率改变的现象称为电光效应。折射率N 和外电场E 的关系如下： ++=-2 20 211RE rE n n (1) 式中，0n 为晶体未加外电场时某一方向的折射率，r 是线性电光系数，R 是二次电光系数。通常把电场一次项引起的电光效应叫线性电光效应，又称泡克尔斯效应；把二次项引起的电光效应叫做二次电光效应，又称克尔效应。其中，泡克尔斯效应只在无对称中心的晶体中才有，而克尔效应没有这个限制。只有在无对称中心的晶体中，与泡克尔斯效应相比，克尔效应较小，通常可忽略。 目前普遍采用线性电光效应做电光调制器，这样就不再考虑（1）式中电场E 的二次项和高次项。因此（1）式为：

光学参量振荡器

§3.3 光参量振荡器 在在非线性二阶相互作用参量放大过程中，由于泵浦光与信号光在非线性介质中的相互作用，使信号光得以放大，同时空闲光也被产生和放大。如果将非线性介质放在谐振中，并使这个谐振腔对信号光和闲频光共振，在参量放大的增益超过损耗时，信号光和闲频光同时产生振荡。信号光和闲频光同时在谐振腔内共振的振荡器称双共振光参量振荡器(DRO)，仅对信号光或闲频光共振的光参量振荡器称单共振光参量振荡器(SRO)。 3.3.1 双共振OPO 产生的两个光场解 相位匹配条件下0k ?=，泵浦光场损耗很小条件下的耦合波方程为： * 12()()dA z ig A z dz = (3.3.1-1) *21() ()dA z igA z dz = (3.3.1-2) ()30g A κ= (3.3.1-3) 在非线性介质的入射端处两个光电场为()100A ≠和()200A ≠。 简化成二阶其次微分方程： ()22112 () 0d A z g A z dz -= (3.3.1-4) ()1A z 的通解为： ()()()112cosh sinh A z D gz D gz =+ (3.3.1-5) 由边界条件()()110,0z A z A ==，得 ()110D A = (3.3.1-6) 由()()()* 12* 122 ()()0sinh cosh ()0 dA z ig A z dz A g gz D g gz igA z z =+== ()* 220D iA = (3.3.1-7) 因此得： ()()()()()* 1120cosh 0sinh A z A gz iA gz =+ (3.3.1-8) 同理可求得： ()()()()()*2210cosh 0sinh A z A gz iA gz =+ (3.3.1-9)

最新对铌酸锂晶体的简单研究

对铌酸锂晶体的简单 研究

对铌酸锂晶体的简单研究 摘要：近年来，铌酸锂晶体由于其自身所具有的多种优异性能和巨大的应用前景而受到了人们的广泛关注，本文讨论了铌酸锂晶体的基本性质及其成因，重点关注铌酸锂晶体参杂和纳米铌酸锂的制备方法。 关键词：铌酸锂、晶体生长、掺杂、纳米材料、配体 引言：自1965年Ballman等报道利用Czochralshi技术成功生长出铌酸锂（LiNbO3，简称LN）单晶，以及1968年Larner等报道了大直径、同成分的铌酸锂晶体生长出来，LN晶体被广泛研究和应用。铌酸锂晶体有优良的光电、双折射、非线性光学、声光、光弹、光折变、压电、热释电、铁电与光生伏打效应等物理特性；机械性能稳定、耐高温、抗腐蚀；易于生长大尺寸晶体、易于加工、成本低廉；在实施参杂后能呈现出各种各样的特殊性质。因为如此铌酸锂晶体在各个领域，被誉为“光学硅”。而纳米材料具有很大的比表面积，呈现出许多奇妙的性质，纳米铌酸锂的性质令人期待。 1 铌酸锂晶体的基本性质 铌酸锂属于三方晶系，常用六角原胞表示。原胞中含有六个分子，三度对称轴为原胞的c 轴，晶胞常数：a=0.5148，c=1.3863，α=55.867。。原胞见图1。从图中可以看出铌酸锂晶胞是由扭曲的氧八面体组成，这些氧八面体沿着不同方向共面，共棱或共顶点。锂离子和铌离子分别与六个阳离子形成六配位，而氧离子则与两个锂离子和两个铌离子形成四配位。

图1 铌酸锂晶体原胞 1.1 磁性 铌酸锂晶体拥有很高的居里温度，在居里温度以上铌酸锂晶体为顺电相，居里温度以下为铁电相。图1实际上是铁电相的铌酸锂晶胞图，其顺电相晶胞图如图2。 图2 铌酸锂顺电相晶胞图 从图中可以看出，顺电相的锂离子在氧平面上，铌离子关于氧平面对称分布，整个晶体电荷分布对称，因此沿c轴方向晶体无磁性。而在铁电相中锂离子明显偏离氧平面，由于同性电荷的排斥作用，铌离子亦沿相同方向偏离，这个晶体的电荷重心偏离中心位置，使晶体在c轴方向具有磁性。 1.2 铌酸锂晶体的空位及其半导体性质 铌酸锂晶体是P型半导体材料。从晶胞中也可以看出并非所有氧八面体都有离子填充，而且在制备铌酸锂晶体是很难得到化学计量比的铌酸锂晶体，一

第九章 电子光学基础

第九章电子光学基础 第一节电子显微镜的发展 材料电子显微分析技术这门课程研究的内容是与电子显微镜有关的科学和技术。所以我们首先要搞清楚什么是电子显微镜？它是怎样发展起来的？为什么要发展这样一种仪器？它有哪些优缺点？电子显微镜的发展过程及其最新进展如何？ 1.1 什么是显微镜 显微镜是用于放大微小物体成为人的肉眼所能看到的仪器。 显微镜是一种借助物理方法产生物体放大影象的仪器 单式显微镜（只有一个透镜）：如放大镜等； 复式显微镜（有物镜和目镜）：如我们现在比较熟悉的显微镜。 a)第一台复式显微镜；b)列文.虎克显微镜；c)十九世纪的显微镜；d)现在的显微镜 问题：大家用过的光学显微镜中，最大可以放大到多少倍？ 1.从理论上来讲，只要我们愿意，我们可以通过增加透镜等方法使光学显微镜的放大倍数达到 无穷大，这在工艺上没有任何问题，但为什么不这样做？ 2.涉及到一个重要的概念： 3.光学仪器的分辨本领和分辨率

衍射圆斑中以第一暗环为周界的中央亮斑的光强度约占通过透镜总光强的百分之八十以上，这个中央亮斑被称之为埃里斑。 圆孔的夫琅禾费衍射示意图（a）和衍射圆斑（b） 1.2 显微镜的最小分辨率 显微镜的最小分辨距离由瑞利公式给出： 其中： Δr0：最小可分辨距离； λ：光源的波长； n：物点和透镜之间的折射率；

α：孔径半角，即透镜对物点的张角的一半；nsinα称为数值孔径，用N.A表示。 从上面的公式可以看出，显微镜的分辨本领与人的眼睛和其它记录装置没有任何关系。而仅仅取决于公式中的三个参数，对于光学显微镜而言，孔径半角一般最大可以做到70~75，n的值也不可能很大，因此有的书上将分辨率写成不成超过所用光源波长的二分之一。光学显微镜中，可见光的波长在390~760nm之间，因此我们认为普通光学显微镜的分辨率不会超过200nm（0.2μm）。 正常人眼的分辨能力接近0.1mm，但真正要能清楚地区分两个点，到0.2mm足够了。因此普通的光学显微镜有1000倍就差不多了，但考虑到人与人之间的差别，一般光学显微镜的最大放大倍数在1500~2000倍。紫外显微镜和油浸显微镜的最大放大倍数要大于这个值。 既然是光源的波长限制了显微镜的放大倍数，那么要造出放大倍数更大的显微镜，首先应该选择合适的光源，而电子波正是这样一种理想的光源。 常用的TEM电子波长与加速电压的关系 100 120 200 300 400 加速电压/kV 电子波长/ 0.037 0.0335 0.0251 0.0197 0.0164 第二节电磁透镜 2.1 电磁透镜与光学透镜的比较 无论是光学透镜还是电磁透镜，只要它们能够将光波（无论是可见光还是电子波）会聚或者发散，就可以做成透镜。而且无论是何种透镜它们的几何光学成像原理都是相同的（如上图所示），所以对于透射电子显微成像的光路，我们可以象分析可见光一样来处理。

南开大学科技成果——高性能系列铌酸锂、钽酸锂晶体和光电器件

南开大学科技成果——高性能系列铌酸锂、钽酸锂晶 体和光电器件 项目简介 光电晶体及其器件作为激光技术的关键材料和器件，被诸多国家列为优先发展的技术领域。本项目在国家863计划、天津市重大科技攻关、国防科工局民口配套等项目支持下，瞄准国家需求，围绕产品化关键技术攻关，取得了以下主要科技创新： （1）自主设计基于经验数据库的智能计算机晶体生长自动控制系统，并开发了晶体生长成套装备，应用于多种晶体生长，得到批量推广应用。 （2）发展了两种非固液同成分共熔配比晶体的制备方法，实现了SLN晶体和SLT晶体的批量、廉价制备。 （3）开发了宽温度范围工作铌酸锂电光调Q晶体及电光调Q开关，在-55℃到70℃温度区间稳定工作，大幅提高了军用激光系统的温度稳定性。 （4）以高温度稳定性电光调Q开关为核心技术自主研发的系列高温度稳定性铌酸锂电光调Q激光系统，实现了批量生产和应用。 （5）开发了满足激光雷达等长期在线工作的低内电场铌酸锂电光调Q晶体和电光调Q开关。 （6）开发了高抗光损伤阈值的钽酸锂电光调Q晶体和电光调Q 开关，典型1064nm波段的激光损伤阈值比铌酸锂晶体提高两个数量级以上，且能够满足军工宽温度范围要求。

成套设备 LN晶体

电光调Q开关 光学级SLN晶体 已取得的成果 本项目获得授权专利6项，计算机软件著作权1项，获天津市科学技术进步一等奖和天津市技术发明二等奖各1项。 市场应用前景 （1）单晶成套装备可应用于铌酸锂、钽酸锂、钇铝石榴石、蓝宝石、氧化镓、铝酸铍、硅酸钇镥等高质量晶体的生长。

（2）系列电光调Q晶体是纳秒、亚纳秒激光系统的核心部件，这些激光系统在医疗、美容、打标、测量、对抗等领域具有广泛应用。 （3）SLN、SLT晶体是集成光学和铁电超晶格领域的基础材料，在光通讯、激光频率变换、太赫兹等领域具有较好的应用前景。 （4）钽酸锂电光调Q开关可替代昂贵的磷酸钛氧铷（RTP）电光调Q开关，具有广阔的应用前景。

铌酸锂的性质及应用

铌酸锂的性质及应用 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020

铌酸锂的性质及应用 一、晶体基本介绍 铌酸锂(LINbO3，LN)晶体是一种集压电、铁电、热释电、非线性、电光、光弹、光折变等性能于一体的多功能材料，具有良好的热稳定性和化学稳定性，可以利用提拉法生长出大尺寸晶体，而且易于加工，成本低，是少数经久不衰、并不断开辟应用新领域的重要功能材料。目前，已经在红外探测器、激光调制器、光通讯调制器、光学开关、光参量振荡器、集成光学元件、高频宽带滤波器、窄带滤波器、高频高温换能器、微声器件、激光倍频器、自倍频激光器、光折变器件(如高分辨的全息存储)、光波导基片和光隔离器等方面获得了广泛的实际应用，被公认为光电子时代光学硅的主要侯选材料之一。基于准相位匹配技术的周期极化铌酸锂 (PeriodieallyPoledLiNbO3，PPLN)，可以最大程度地利用其有效非线性系数，广泛应用于倍频、和频/差频、光参量振荡等光学过程，在激光显示和光通信领域具有广阔的应用前景，因而成为非常流行的非线性光学材料。 二、基本化学性质 铌酸锂晶体简称LN，属三方晶系，钛铁矿型(畸变钙钛矿型)结构，AB03型晶体结构的一种类型。其原子堆积为ABAB堆积，并形成畸变的氧八面体空隙，1/3被A离子占据，1/3被B离子占据，余下1/3则为空位。此类结构的主要特点是:A和B两种阳离子的离子半径相近，且比氧离子半径小得多。分子式为LiNbO3，分子量为。相对密度，晶格常数a= nm，c= nm，熔点1240℃，莫氏硬度5，折射率n0=，ne=(λ=600 nm)，界电常数ε=44，ε=29．5，ε=84，ε=30，一次电光系数γ13=γ23=10×10m/V，γ33=32×10m/V．Γ22=-γ12=-

连续可调谐准位相匹配光学参量振荡器的实验研究

连续可调谐准位相匹配光学参量振荡器的实验研究 【摘要】：连续波光学参量振荡器(cwOPOs)可以用来拓宽激光的波长范围，有较宽的调谐区域，是一种理想的产生相干辐射的装置。由于它的窄线宽和宽调谐的输出特性，也被用于光谱学、相干光通讯、量子光学等领域。同时，连续光学参量振荡器也是一种产生非经典光场的理想装置：低于阈值运转可以产生正交位相压缩真空态，高于阈值运转可以产生强度关联的孪生光子对以及反射泵浦光的正交分量压缩。常规双折射位相匹配技术的OPO有许多缺点，比如光束走离效应、非线性转换效率较低、位相匹配温度及匹配角的限制，阻碍了OPO的发展。近年来随着高质量的激光光源的获得及准位相匹配晶体的实用化，连续光学参量振荡器重新引起了人们的极大关注。为此，在本文中，我们对准位相匹配的光学参量振荡器进行了一系列的研究。本文分为以下几个部分：第一章：简要介绍了OPO的种类以及它目前的发展状况及前景。第二章：从理论上介绍了准位相匹配三共振光学参量振荡器的经典特性：包括它的运动方程、阈值、输出功率和调谐特性。然后在实验上利用晶体不同的极化周期，在晶体温度改变8℃的情况下，得到了波长调谐范围在1988nm-2293nm的下转换光输出。第三章：讨论了三共振光学参量振荡器的量子噪声特性，并实现了两下转换光之间的强度差压缩，压缩度达0.4dB。第四章：从理论上分析了双共振光学参量振荡器输出光的调谐特性与晶体温度、OPO腔长、以及泵浦频率之间的关系。然后在实验上利用上述三种

调谐方式对双共振PPLNOPO的下转换光进行了频率调谐。当晶体温度变化5.3℃时，得到2038nm-2227nm可调谐下转换光输出；当OPO 的腔长相对于简并点腔长变化514nm时，得到2044nm-2219nm可调谐下转换光输出：当泵浦光频率连续的改变了750MHz时，下转换光的频率相应连续调谐375MHz。理论拟合与实验结果基本一致。第五章：对上述工作进行总结，并展望下一步工作。【关键词】： 【学位授予单位】：山西大学 【学位级别】：硕士 【学位授予年份】：2003 【分类号】：TN752 【目录】：中文摘要5-6英文摘要6-9第一章引言9-12第二章准相位匹配三共振光学参量振荡器(TROPO)12-292.1准相位匹配简介12-132.2准相位匹配OPO的理论分析13-212.2.1三共振准相位匹配OPO的腔模运动方程16-182.2.2准相位匹配TROPO的经典特性18-21A TROPO的阈值及其输出功率18-20BTROPO的调谐特性20-212.3三共振准相位匹配OPO输出特性的实验过程及结果分析21-282.3.1实验装置21-222.3.2实验过程及结果22-282.4小结28-29第三章利用准相位匹配光学参量振荡器产生强度差压缩光29-353.1准相位匹配非简并OPO强度差压缩光的理论分析29-313.2实验装置及结果分析31-343.3小结34-35第四章准相位匹配可调谐双共振光学参量振荡器35-434.1理论分析36-394.1.1温度调谐36-374.1.2腔长调谐37-384.1.3泵浦频率调谐38-394.2实验过程和结果39-424.3小结

电子光学基础

第8-9讲 教学目的：使学生了解电子显微镜发展历史，基本原理及相关的基本概念 教学要求：了解电子显微镜的发展；掌握电子波与电磁透镜概念；了解电磁透镜几种像差的基本定义及电子显微镜分辨率概念；熟练掌握电子与固体物质相互作用产生信号机理及各种信号作用深度 教学重点：1.电子显微镜的发展；2.分辨率的概念 教学难点：几种像差的形成原理；场深与焦深的定义 作业：查阅文献了解哪些仪器设备属于电子显微分析范畴？ 第二章电子显微分析 材料电子显微分析技术这门课程研究的内容是与电子显微镜有关的科学和技术。所以我们首先要搞清楚什么是电子显微镜？它是怎样发展起来的？为什么要发展这样一种仪器？它有哪些优缺点？电子显微镜的发展过程及其最新进展如何？ 1.电子光学基础 1.1 什么是电子显微镜，其类型及特点 定义：利用聚焦电子束与试样物质相互作用产生的各种物理信号，分析试样物质的微区形貌，晶体结构和化学组成。 类型：透射电镜、扫描电镜、电子探针等等 特点：(a) 极高放大倍率下直接观察试样形貌、晶体结构和化学成分; (b) 微区分析，高分辨率，可直接分辨原子，能进行纳米尺度晶体结构及化学组成分析; (c) 逐步朝多功能、综合性方向发展 1.2 为什么要发展电子显微镜 从宏观到微观的概念讲述，从肉眼到光学显微镜的发展。

1665年英国罗伯特.胡克显微镜 1675年荷兰安东尼.冯.列文虎克显微镜 十九世纪的显微镜现在的显微镜

光学显微镜的应用 放大200倍的昆虫后腿放大200倍的斜纹藻 提问：大家用过的光学显微镜中，最大可以 放大到多少倍？ 从理论上来讲，只要我们愿意，我们可以通过 增加透镜等方法使光学显微镜的放大倍数达到无穷大，这在工艺上没有任何问题，但为什么不这样做？ 涉及到一个重要的概念： 光学仪器的分辨本领和分辨率 衍射圆斑中以第一暗环为周界的中央亮斑的光强度约占通过透镜总光强的百分之八十以上，这个中央亮斑被称之为埃里斑。 圆孔的夫琅禾费衍射示意图（a）和衍射圆斑（b）

对铌酸锂晶体的简单研究

对铌酸锂晶体的简单研究 摘要：近年来，铌酸锂晶体由于其自身所具有的多种优异性能和巨大的应用前景而受到了人们的广泛关注，本文讨论了铌酸锂晶体的基本性质及其成因，重点关注铌酸锂晶体参杂和纳米铌酸锂的制备方法。 关键词：铌酸锂、晶体生长、掺杂、纳米材料、配体 引言：自1965年Ballman等报道利用Czochralshi技术成功生长出铌酸锂（LiNbO3，简称LN）单晶，以及1968年Larner等报道了大直径、同成分的铌酸锂晶体生长出来，LN晶体被广泛研究和应用。铌酸锂晶体有优良的光电、双折射、非线性光学、声光、光弹、光折变、压电、热释电、铁电与光生伏打效应等物理特性；机械性能稳定、耐高温、抗腐蚀；易于生长大尺寸晶体、易于加工、成本低廉；在实施参杂后能呈现出各种各样的特殊性质。因为如此铌酸锂晶体在各个领域，被誉为“光学硅”。而纳米材料具有很大的比表面积，呈现出许多奇妙的性质，纳米铌酸锂的性质令人期待。 1 铌酸锂晶体的基本性质 铌酸锂属于三方晶系，常用六角原胞表示。原胞中含有六个分子，三度对称轴为原胞的c轴，晶胞常数：a=0.5148，c=1.3863，α=55.867。。原胞见图1。从图中可以看出铌酸锂晶胞是由扭曲的氧八面体组成，这些氧八面体沿着不同方向共面，共棱或共顶点。锂离子和铌离子分别与六个阳离子形成六配位，而氧离子则与两个锂离子和两个铌离子形成四配位。 图1 铌酸锂晶体原胞 1.1 磁性

铌酸锂晶体拥有很高的居里温度，在居里温度以上铌酸锂晶体为顺电相，居里温度以下为铁电相。图1实际上是铁电相的铌酸锂晶胞图，其顺电相晶胞图如图2。 图2 铌酸锂顺电相晶胞图 从图中可以看出，顺电相的锂离子在氧平面上，铌离子关于氧平面对称分布，整个晶体电荷分布对称，因此沿c轴方向晶体无磁性。而在铁电相中锂离子明显偏离氧平面，由于同性电荷的排斥作用，铌离子亦沿相同方向偏离，这个晶体的电荷重心偏离中心位置，使晶体在c轴方向具有磁性。 1.2 铌酸锂晶体的空位及其半导体性质 铌酸锂晶体是P型半导体材料。从晶胞中也可以看出并非所有氧八面体都有离子填充，而且在制备铌酸锂晶体是很难得到化学计量比的铌酸锂晶体，一般的铌酸锂晶体都有离子空位。那么这种离子空位可能有三种情况：氧空位，锂空位和铌空位。由于在铌酸锂晶体中铌离子和氧离子构成[NbO3]-的无穷链，这种结构十分稳定，因此铌空位和氧空位的形成十分困难，一旦形成将严重破坏铌酸锂晶体的结构，故不考虑这两种空位。铌酸锂晶体存在锂空位，为了电荷平衡，一部分铌离子进入锂空位，这时铌酸锂化学式为[Li1-5x V4x Nb x]NbO3。正是锂空位的存在使铌酸锂成为P型半导体材料。 2 铌酸锂晶体掺杂 为了方便计算，本文采用顺电相的铌酸锂晶体作为掺杂基础。铌酸锂晶体中存在一下几种空位：氧八面体空位、氧四面体空位、氧平面三角形空位、锂铌平面四边形空位。各空位参数见表1。需要说明的是，此处计算都是近似平均，假设所有的氧氧键长相同。实际上有锂离子的氧平面的氧氧键应该更长。

铌酸锂晶体资料

高等材料结构学 戴欢12015001125 对象材料：铌酸锂晶体（LiNbO3）。 对铌酸锂晶体研究的意义和价值：铌酸锂晶体是一种集电光、双折射、声光、非线性光学、光弹、压电、光折变、热释电、铁电与光生伏打效应等性质于一身的人工晶体材料，多年来备受人们的青睐。它广泛应用于集成光和光波导，如光放大调制器、二次谐波器、Q-开光、光束转向器、相连接器、介电波导、存储元件、全息（光）数据处理装置等。铌酸锂晶体在常温下为铁电相，当温度高于局里温度时为顺电相。其结构决定了它的这些性质，下面将从其常温下的晶体结构、缺陷结构、电子能带结构、显微结构以及纳米结构分别对其作一个简单的介绍。 铌酸锂晶体的晶体结构： 铌酸锂晶体具有铁电相和顺电相结构，顺电相空间群为R3—C，铁电相空间群为R3C，属六方晶胞。如图，左图为铁电相，右图为顺电相。在铌酸锂晶体中，氧原子构成氧八面体，各氧八面体以共面的形式堆叠起来形成堆垛，公共面和氧八面体的三重轴垂直。许多个堆垛再以共棱的形式连接起来形成晶体。顺电相中，每个堆垛中的氧

八面体按下述顺序交替出现：一个中心有Nb的氧八面体，两个在其公共面上有Li的氧八面体（图中未用直线连接），在其八面体空隙中，1/3由Li原子占据，1/3为Nb，1/3为空穴。沿着C轴方向，原子排列顺序如下：Nb、空穴、Li、Nb、空穴、Li，……铁电相中，Li和Nb都沿着C轴发生了位移，在C轴产生了电偶极矩，即出现了自发极化，图中靠右边的水平线代表氧平面【1】。 常温下，铌酸锂晶体空间群为R3C，晶格常数为：a=b=5.14829 A。，c=13.8631A。。各原子坐标如下【2】： 基失坐标：a→1=(√3/2,-1/2,0),a→2=(0,1,0),a→3=(0,0,3)

铌酸锂的晶体结构_张一兵

收稿日期:2000-09-24 作者简介:张一兵(1963-　),男,汉族,副教授,硕士。主要从事应用无机化学和无机材料研究。 铌酸锂的晶体结构 张一兵 (上饶师范学院化学系,江西上饶334001) 摘　要:铌酸锂拥有光学、铁电、电光、弹性、弹光、光折射等优良性质,它被广泛应用于集成光和光 波导器件。结构决定性质,为此,本文较详细地介绍有关铌酸锂的晶体结构知识。 关键词:铌酸锂;晶体结构;介绍 中图分类号:O76 文献标识码:A 文章编号:1004-2237(2001)06-0052-05 铌酸锂(LiNbO 3)在集成光学和光波导应用中是一个重要的材料。它是人工合成的,不能天然形成。1949年首次发现铌酸锂具有铁电性。因拥有一个三角晶体结构,有大的热电、压电、电光和光电常数等特性,使它成为应用最广泛的电光材料之一。诸如应用于:声波转换器、声波迟缓器、声波过滤器、光放大调制器、二次谐波器、Q -开关、光束转向器、相连接器、介电波导、存储元件、全息(光)数据处理装置,等等。尽管铌酸锂的性质重要,应用领域广泛,但有关铌酸锂的晶体结构的详细中文资料却不易查找,为此,本文对文献[1]所述的有关铌酸锂的晶体结构作一介绍。 1　一般性质 如图1所示,低于其铁电居里温度(约1210℃)时(铁电相),铌酸锂的结构是一个含有氧原子平面片的变形六方紧密堆积,在此形成的八面体空隙结构中,1/3由锂原子占据,1/3为铌,余下1/3是空穴。在+c 方向,原子以如下顺序占据空隙:Nb 、空穴、Li 、Nb 、空穴、Li ,…。 在温度高于居里温度的仲电相(图2),Li 位于离Nb 原子1/4c 的氧层,Nb 原子则位于两个氧原子层正中间,这种排列使仲电相没有极性。随着温度从居里点的降低,晶体的弹力变为主导,迫使Li 、Nb 进入新的位置,这种由于相对于氧层的离子移动而产生的电荷分离使得LiNbO 3在低于1210℃时显示出自发极化性,这样,LiNbO 3属于宽类置换铁电体。而钛酸钡(BaTiO 3)和钽酸锂(LiTa O 3)则是典型的其它类型置换铁电体。因为铌酸锂的居里温度很高,本文只介绍铁电相。 第21卷第6期2001年12月 上饶师范学院学报J OUR NAL OF SHAN GR AO N OR MAL COLLEGE Vol .21,No .6Dec .2001