张宁开题报告2.doc

天津大学本科生毕业设计（论文）开题报告 课题名称 近化学计量比周期极化铌酸锂晶体的制备 学院名称 精仪 专业名称 信息工程 学生姓名 张宁 指导教师 华平壤 一、课题的来源及其意义 周期极化铌酸锂晶体（PPLN），在集成光电子器件中有广泛的应用。例如，中红外光参量振荡器，超短激光（THz）脉冲源，短波长相干光源等等。周期极化铌酸锂晶体的制备方法，有很多，主要包括，质子交换诱发法、晶体生长法、电子束扫描法、扩钛法、外加电场法等等。其中，外加电场法因制备工艺简单，利于产品商品化，等优势获得广泛的应用。 近化学计量比周期铌酸锂晶体与同成份周期极化铌酸锂晶体相比，有巨大优势。近化学计量比铌酸锂晶体改善的同成份铌酸锂晶体的一些本征缺陷，提高铌酸锂晶体的性能。近化学计量比铌酸锂晶体相比同成份铌酸锂晶体具有较低的矫顽场，大大降低外加电场法对高压电源的要求，提高了周期极化铌酸锂晶体的成品率。因此，近化学计量比周期极化铌酸锂晶体具有广泛的应用前景。 本课题旨在研究近化学计量比的铌酸锂晶体的极化特性，通过不断改变铌酸锂晶体的化学计量比来探索其计量比与极化电压的关系，尽可能的降低铌酸锂晶体的极化电压。 二、国内外发展情况 周期极化铌酸锂(PPLN)实验最初是在铌酸锂晶体材料上制作单一的周期反转电畴，用以产生已有激光器不能直接获得的波长。随着极化工艺的逐步完善，应用领域的拓展和新问题的凸现，对准相位匹配器件的灵活性提出了更高的要求。一方面，周期极化铌酸锂的研究需要解决不断出现的问题，另一方面，研究者在反思已有成果的基础上，不断突破传统观念的束缚，创造性的提出崭新的实验方案。近十年的研究在不同层面上对周期极化铌酸锂的概念进行了扩展，取得了丰硕的成果。但是同成分铌酸锂矫顽场高，约为21kV／mm，由于在高电场下存在击穿的危险，要制作厚度大于lmm的样品非常困难，这使得周期极化铌酸锂器件的厚度大大受限，制约着体器件的通光孔径。另外，由于同成分铌酸锂抗光损伤阈值较低，限制了它在高功率器件中的应用。对晶体这两方面性质改进的要求，推动了对铌酸锂晶体材料改进的研究，这其中就包括近化学计量比铌酸锂晶体的制备及其研究。 铌酸锂晶体的实际组分具有偏离其化学计量比的趋势，一般条件下生长出的铌酸锂晶体总表现为Li缺少(同成分晶体中[Li2O]摩尔百分比约为48．4mol％)。通过改变铌酸锂熔体中的锂铌比、在同成分熔体中掺入氧化钾(K2O)或通过气相传输平衡技术(VTE，vapor transport equilibration)技术对样品进行处理，可改变铌酸锂晶体中的锂铌比例。近化学计量比铌酸锂晶体，由于晶格比较完整，物理性能发生了明显改善。近化学计量比铌酸锂的180。电畴的反转电场低于同成分铌酸锂。Grisard等的含49．99mol％Li2O的近化学计量比铌酸锂晶体反转电场仅为200V／mm，比同成分铌酸锂低了两个数量级。他们已经在厚度为3mm的样品上实现了周期极化。尽管近化学计量比铌酸锂晶体可以在更厚的样品上实现极化，但它却有其不利的一面，其抗光损伤能力低于同成分铌酸锂。 三、研究目标 利用外加电场法成功制备出近化学计量比周期极化铌酸锂晶体。 周期极化铌酸锂（PPLN）的制备 包括对晶体表面的镀膜，光刻，形成栅形的电极，最后极化。对铌酸锂晶体进行极化的主要作用是进行准相位匹配,并作后期实验的参考对照。 近化学计量比的铌酸锂的制备 近化学计量比铌酸锂即是改变铌酸锂晶体中的锂铌比，来降低同成分铌酸锂晶体的矫顽场，降低极化电压。 近化学计量比周期极化铌酸锂的制备 改变铌酸锂熔体中的锂铌比，一般通过气相传输平衡技术(VTE，vapor transport equilibration)技术对样品进行处理。对做完VTE技术之后形成的近化学计量比铌酸锂晶体进行周期性极化，采用液体极化法，得到近化学计量比周期极化铌酸锂。 d. 近化学计量比周期极化铌酸锂矫顽场研究。 VTE的时间和温度会对晶体的极化电压产生影响，并且跟同成分晶体极化电压相比明显大幅度降低。成分越接近近化学计量比矫顽场越小。 利用腐蚀法观察制备出的近化学计量比周期极化铌酸锂晶体的畴结构。 将制备出的近化学计量比周期极化铌酸锂晶体用混合酸（HF：HNO3=1:2），在温度110。C下腐蚀30min，腐蚀后在显微镜下观察铌酸锂晶体的畴结构。 四、研究内容方法及其手段 a.研究内容： (l)首先，了解研究近化学计量比周期极化铌酸锂的重要意义以及应用前景。 (2)其次，学习近化学计量比周期极化铌酸锂的制作方法，重点学习外加电场极化法，并对其特性进行进一步研究。 (3)进行实验，分析实验结果，提出改进的方案。 b.实验所用到的主要研究手段： 1.气相传输平衡技术(VTE，vapor transport equili