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铌酸锂晶体作为最典型的光折变材料之一在光电领域有着广泛的应用。通常对铌酸锂晶体改性的途径主要有离子掺杂，氧化还原处理，生长近化学比铌酸锂等。本文采用溶胶-凝胶法在同成分铌酸锂晶体表面复合了透明的二氧化钛基薄膜，并研究了这种复合结构的光折变性能。通过对样品的表征和分析，阐述了铌酸锂晶体表面复合二氧化钛基薄膜后光折变性能发生改变的机理，主要研究内容如下:
1.以钛酸四丁酯为前驱物，采用溶胶-凝胶法制备二氧化钛溶胶，利用提拉法在铌酸锂表面复合一层二氧化钛的薄膜。利用二波耦合技术，研究了铌酸锂与二氧化钛复合结构的光折变性能。实验结果表明，复合结构的光折变衍射效率明显提高。通过X射线衍射谱(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、漫反射紫外-可见光吸收谱(UV-Vis DRS)和荧光光谱(PL)等表征技术，研究了晶体的结构及复合结构的能带匹配关系，结果显示在TiO2/LiNbO3复合结构中，由于TiO2的导带和氧空位能级高于铌酸锂的本征缺陷能级，同时价带位置低于铌酸锂的价带，导致TiO2产生的光生载流子向铌酸锂晶体中注入，从而使光折变空间电荷场增大，衍射效率增强。
2.采用溶胶-凝胶法和浸渍-提拉技术，以氯化钯和尿素为掺杂剂，分别在同成分LiNbO3晶体表面制备了N掺杂和Pd掺杂的TiO2薄膜。利用二波耦合技术，研究了x-TiO2/LiNbO3复合结构光折变性能。实验结果表明Pd-TiO2/LiNbO3结构的衍射效率与TiO2/LiNbO3相比有了更大的提升，而N-TiO2/LiNbO3结构的衍射效率比纯LiNbO3还低，表现为抗光折变性。通过X射线衍射谱(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、漫反射紫外-可见光吸收谱(UV-Vis DRS)和荧光光谱(PL)等表征技术，研究了晶体的结构及复合结构的能带匹配关系。结果显示Pd-TiO2/LiNbO3表面形成了O-Pd-Clx能级，能够有效地抑制光生载流子复合，促进TiO2的光生载流子向LiNbO3晶体注入，使衍射效率提高。N-TiO2/LiNbO3中的N表面态能级作为空穴陷阱，可以将LiNbO3价带中的空穴俘获，不利于光生空穴向LiNbO3转移，导致LiNbO3内光生载流子减少，空间电场减弱，衍射效率降低。