铌酸锂晶体的熔体与晶体组分关系曲线

1.2 不同锂铌比对晶体性能的影响

从上述可以看出，铌酸锂晶体虽然具有多种功能和广泛的用途，但是由于同成分LN晶体的[Li]/[Nb]=48.4/51.6，偏离化学计量比，形成了大量的本征缺陷，比如反位铌、锂空位、小极化子、双极化子等缺陷，并且这些缺陷充当光折变中心，因而在中等功率密度下铌酸锂就会发生光折变，应用于非线性光学相关器件时必然需要进行抗光折变改良。同时，同成分铌酸锂晶体需要在低温下相位才能进行匹配，在激光领域，会因为性能不稳定而无法大规模应用。此外，缺陷陷阱太多，降低了晶体的光折变响应时间、灵敏度等参数。为了解决这些问题，让铌酸锂晶体得到更广的应用，人们进行研究并发现提高晶体的锂铌比是一种有效的方法[8]，并且取得了一些列的研究成果。  

LiNbO3晶体的微观结构中有以氧为核心的八面体而且具有铁电性，它的紫外透射截止波长可以认为取决于氧2p上的电子跃迁到Nb5+空d轨道时电荷转移所需的能量。所以，锂铌比的改变会影响配位氧的电子云形态从而影响到紫外透射截止波长。如果是离子晶体，因为正负离子都带有电荷也就是其周围存在相应的电场，这会使得离子之间相互有极化作用，所以铌酸锂晶体中的正离子类型必定会影响紫外透射截止波长的位置。当这种正离子让O2-极化度变大，那么电子云形态变化增加，电子要从O2-的2p轨道跃迁到Nb5+的空d轨道需要的能量会降低，这就造成了紫外透射截止波长往更长处偏移。所以用紫外透射截止波长来表征和定量检测晶体的锂铌比是很有效的。紫外吸收边有两种定义方式，分别为吸收谱中吸收系数α为20cm-1和15cm-1时对应的光波波长。随晶体中锂含量的增加，吸收系数为20cm-1对应的吸收边将从CLN晶体的320nm蓝移。紫外吸收边与晶体中Li2O含量的关系可由公式（1.1）和公式（1.2）给出：

λ20 = 320.4-1.829x-5.485x2                                         (1.1)

λ15 = 321.9-1.579x-5.745x2                           (1.2)

其中，λ20表示吸收系数α取20cm-1 时对应的光波长, λ15 表示吸收系数α取15cm-1 时对应的光波长，x% = [Li]%-48.38%。特别是当锂铌比大于49.4%时，用紫外吸收边进行量化处理非常可靠，锂铌比大约每增加0.01%，吸收边就会蓝移或红移2nm[5]。文献综述

.对于铌酸锂晶体来说，晶体中的OH-离子是由引入的氢离子与晶体本身的氧离子反应生成的，OH-谱的变化和晶体晶格中的原子种类、晶格的能量、原子间的作用力有密切的关系。所以只要测试晶体的红外吸收谱便能通过其如何变化来表征其周围离子的情况LiNbO3晶体的红外吸收谱是由M.Smith等在1968年提出的。OH-特征峰所处的波段，形状，范围与晶体中Li2O含量的浓度有密切的关系。CLN晶体的中红外吸收特征峰一般处于3484 cm-1[6]，特征峰的半峰宽为25~35cm-1。随LN晶体中锂含量的增加，特征峰会出现收缩，高能的地方吸收减弱。当锂铌比接近1时，特征峰会成为半峰宽只有2~4cm-1左右，位置处于3466cm-1的单一吸收峰[6]。这是因为锂铌比的提高，会减少晶体中反位铌的含量进而提高了晶格排列的有序性，所以OH-的谐振方式会趋于稳定。故可以通过测试和分析红外吸收谱中OH-吸收的特征峰来推算晶体的锂铌比。

1.3 近化学计量比铌酸锂晶体的生长