1 北京中材人工晶体研究院有限公司，北京100018
2 中材人工晶体研究院有限公司，北京100018
3 中国兵器科学研究院宁波分院，宁波315103
4 中国建筑材料科学研究总院有限公司，北京100024
5 南开大学物理科学学院, 天津300071
6 中国科学院新疆理化技术研究所,乌鲁木齐830011
本文采用自主设计开发的大尺寸导模(EFG)炉成功制备了尺寸为485 mm×985 mm×12 mm的蓝宝石单晶板材，将其切割、研磨后与玻璃、聚碳酸酯复合为透明装甲样品，其中尺寸为352 mm×341 mm×33 mm样品面密度为79.27 kg/m2，尺寸为351 mm×342 mm×33 mm的样品面密度为79.38 kg/m2。分别采用直径为7.62 mm和12.7 mm的穿甲燃烧弹对其进行打靶测试，实验结果显示，蓝宝石基透明装甲在100 m 0°法线角射击中，具有优异的抗冲击性能。
蓝宝石单晶 导模法 透明装甲 面密度 打靶实验 sapphire single crystal edgedefined filmfed growth method transparent armor surface density targeting experiment
1 1.南开大学 物理科学学院, 天津300071
2 2.中国人民解放军陆军工程大学 基础部, 南京 211101
3 3.南开大学 教育部弱光非线性光子学重点实验室, 天津300071
4 4.河南工程大学 河南省电子陶瓷材料及应用重点实验室, 郑州 451191
5 5.南开大学 泰达应用物理学院, 天津 300071
提拉法生长的晶体肩部形状普遍为斜肩, 但斜肩的肩部质量差且加工难度大, 会降低晶体的利用率, 生长平肩晶体可以解决该问题。然而, 平肩晶体对热场和扩肩工艺要求非常高, 扩肩阶段易出现多晶和包裹体缺陷。铌酸锂晶体作为一种多功能晶体材料, 在电子技术、光通信技术、激光技术及集成光子学技术等领域得到了广泛应用。本研究以同成分铌酸锂晶体为例, 利用数值模拟和实验方法, 研究了提拉法生长平肩晶体的热场和扩肩工艺。结果表明：提拉法生长平肩晶体时, 放肩阶段结晶前沿的界面形状需保持微凸；反射屏降低(10 mm)可减小结晶前沿的温度梯度, 避免肩部生成多晶；扩肩速度以监控为主, 微调加热功率保证扩肩趋势, 适当增大扩肩初期(ϕ≤30 mm)的速度, 降低中后期(ϕ≥35 mm)的扩肩速度, 可达到不产生包裹体和缩短放肩周期的目的；采用小幅度(Δt=10 min)微调拉速(Δv=0.2 mm/h)和功率的策略, 可实现拉速(0~1.5 mm/h)的快速变化(1.5~2 h)而不影响晶体扩肩趋势和质量。使用优化后的热场和扩肩工艺, 获得了系列三英寸平肩同成分铌酸锂晶体, 晶体光学均匀性良好。
铌酸锂 热场设计 平肩晶体 提拉法 晶体生长 lithium niobate crystal thermal field design flat shoulder crystal Czochralski method crystal growth
1 北京中材人工晶体研究院有限公司, 北京 100018
2 南开大学泰达应用物理研究院,天津 300457
3 南开大学物理科学学院,天津 300071
4 中国科学院新疆理化技术研究所,乌鲁木齐 830011
蓝宝石单晶具有优良的力学性能和光学性能, 是目前透明装甲的优选材料。导模法能够制备出形状和尺寸都接近目标要求的晶体, 可以大幅度降低晶体的生产成本。我们通过自主设计的晶体生长设备, 优化晶体生长工艺和热场, 成功制备了尺寸为480 mm×1 200 mm×12 mm的蓝宝石单晶板材, 晶坯形状规则, 加工去掉表面气泡层后在20 mW He-Ne激光照射下检测, 整体无散射。
蓝宝石单晶板材 导模法 超大尺寸 透明装甲 sapphire single crystal plate edge-defined film-fed growth method super large size transparent armor
1 河南工程学院理学院, 河南省电子陶瓷材料与应用重点实验室, 郑州 451191
2 南开大学物理科学学院, 南开大学弱光非线性光子学教育部重点实验室, 天津 300071
晶体美丽有用, 构造和谐有序。光电功能晶体可实现光能和电能的相互转化, 在微电子、光电子、通信、航天及现代**技术等高科技领域占有重要地位。人类认识晶体, 源于天然矿物。从矿物晶体的发现到光电功能晶体的人工生长和应用经历了漫长的发展, 晶体种类、晶体质量、生长理论、生长技术以及应用等方面均取得了较大进展。本文简述了从矿物宝石到晶体学发展的历程, 介绍了压电晶体、电光晶体、激光晶体、非线性光学晶体和闪烁晶体等几类光电功能晶体发展历程及晶体生长研究的进展, 展望了未来光电功能晶体的发展趋势。
矿物宝石 人工晶体 晶体生长 光电功能晶体 mineral gem synthetic crystal crystal growth photoelectric functional crystal 人工晶体学报
2022, 51(9-10): 1541
与天然或人工晶体结构类似, 微结构材料是采用功能基元(即人工微结构,也可称为“人工原子”)加空间序构的方式构筑的新材料体系, 它可以实现均匀材料所不具有的超常物性。从半导体超晶格开始, 人工微结构经历了光学超晶格、光(声)子晶体、超构材料等的发展, 性能调控范围也由原来的电性能扩展到光、声、热、磁、力等。近年来有关铌酸锂晶体及其人工微结构研究举世瞩目, 以南京大学为代表的中国科研团队从铌酸锂晶体的畴结构调控开始, 在该领域做出许多原创性工作, 研究水平居国际前列。展望未来, 发展铌酸锂集成光子学还面临三方面的挑战, 包括LNOI器件的刻蚀技术、铌酸锂晶圆缺陷和大尺寸铌酸锂薄膜的制备。
非线性 人工微结构 光学超晶格 人工晶体 铌酸锂 集成光子学 人工晶体学报
2022, 51(9-10): 1515
1 河南中光学集团有限公司，南阳 473000
2 河南科技大学信息工程学院，洛阳 471023
3 河南工程学院材料工程学院，河南省电子陶瓷材料与应用重点实验室，郑州 451191
4 南开大学物理科学学院，天津 300071
利用气相平衡输运法制备的近化学计量比钽酸锂晶体质量好，制备工艺简单，但受固体扩散速率低的影响，该方法较难制备大厚度晶体。本文基于钽酸锂晶体的扩散机制，采用待扩散晶片一侧为富锂气氛，另一侧为同成分气氛的非对称扩散工艺，对钽酸锂晶体进行了扩散处理，并对组分和畴反转电场进行表征。结果表明，非对称扩散工艺为反位钽离子的扩散提供了通道，提高了晶体中反位钽离子和锂离子的扩散速率，有利于制备大厚度近化学计量比钽酸锂晶体。
近化学计量比 钽酸锂晶体 气相平衡输运法 非对称扩散工艺 富锂气氛 扩散速率 同成分 near stoichiometric lithium tantalate crystal vapor equilibrium transport method asymmetric diffusion technique lithium rich atmosphere diffusion rate congruent composition
1 南开大学物理科学学院, 天津 300071
2 南开大学弱光非线性光子学教育部重点实验室, 天津 300457
3 山西大学极端光学协同创新中心, 太原 030006
4 河南工程学院材料工程学院, 河南省电子陶瓷材料与应用重点实验室, 郑州 451191
铌酸锂晶体的内偏置场对铁电应用、电光应用和非线性光学应用等均有直接影响。本工作建立了铌酸锂(LN)晶体内偏置场测试方法, 对同成分铌酸锂(CLN)晶体、近化学计量比铌酸锂(nSLN)晶体、掺杂铌酸锂(doped LN)晶体的内偏置场和矫顽场进行测量。结果表明, CLN晶体内偏置场最高(Eint=2.53 kV/mm), nSLN晶体的内偏置场大幅降低, 其中富锂熔体法生长和气相输运平衡(vapor transport equilibration, VTE)法结合得到的nSLN晶体的内偏置场最小, 与CLN晶体相比降低了约两个数量级; 掺杂铌酸锂晶体的内偏置场与CLN晶体相比也普遍降低, 其中掺6.5%(摩尔分数)Mg的CLN晶体的内偏置场约为CLN晶体的四分之一, 掺7%(摩尔分数)Zn的CLN晶体的内偏置场约为CLN晶体的六分之一。最后对组分和掺杂影响内偏置场的因素进行了简要分析。
铌酸锂晶体 内偏置场 名义纯 掺杂 本征缺陷 阈值浓度 lithium niobate crystal internal bias electric field nominally undoping doping intrinsic defect threshold concentration
吴婧 1,2,4李清连 1,3,4张中正 1,2,4孙军 1,2,4,*[ ... ]许京军 1,2,4
1 南开大学弱光非线性光子学教育部重点实验室，天津 300457
2 南开大学物理科学学院，天津 300071
3 南开大学泰达应用物理研究院，天津 300457
4 山西大学极端光学协同创新中心，山西 太原 030006
5 中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所，上海 201800
分析了电光削波器半波电压的关键影响因素，发现使用具有较大有效电光系数的电光晶体、合理设计晶体的横纵比是降低器件半波电压的有效手段；在此基础上，设计并制备出低半波电压的铌酸锂电光削波器。采用沿铌酸锂晶体x轴通光、z轴加电的横向电光工作模式，并利用双晶匹配的方式消除自然双折射的影响。匹配后两块晶体通光面的光学质量良好，直流高压下测得的半波电压约为900 V，动态消光比达200∶1。使用幅值为800 V、脉宽为0.95 ns、重复频率为1 Hz的脉冲高压驱动电光削波器工作时，从1064 nm连续激光中获得了脉宽为1.46 ns、重复频率为1 Hz的激光脉冲输出。
非线性光学 铌酸锂晶体 电光效应 双晶匹配 削波器
南开大学物理科学学院&泰达应用物理研究院，弱光非线性光子学教育部重点实验室，天津 300071
铌酸锂集压电、倍频、电光和光折变等特性于一身，被认为是非线性光学的模型晶体，已经表现出巨大的实用价值。铌酸锂在其诞生以来的近百年中，已经在国土安全、医学检测、高能物理、工业探测等领域占据着不可或缺的地位。随着微纳技术的发展，近年来铌酸锂微纳结构中新型光学效应的研究，已经成为国际上竞相争夺的前沿热点之一，相关研究对于产生新型微纳光子学器件具有重要推动作用。本文主要围绕铌酸锂的光学性质综述了其发展历史，同时介绍其在微纳光学领域的研究现状，并对其未来发展进行了展望。
铌酸锂 研究历史与进展 薄膜 波导调制器 微腔 超构表面 lithium niobate history and progress thin film waveguide modulator microcavity metasurface
