Lithiumtantalatkristall und seine Anwendung - 03

1.3 Dotierung von Lithiumtantalatkristallen

Verschiedene Bereiche stellen unterschiedliche Anforderungen an die Eigenschaften von Lithiumtantalatkristallen. Bei der Herstellung von holografischen Informationsspeichergeräten mit hoher Dichte und großer _Kapazität müssen LiTaO 3 -Kristalle über hervorragende photorefraktive Eigenschaften verfügen. Aufgrund der Besonderheit der Kristallstruktur von LiTaO ₃ können seine physikalischen Eigenschaften durch Dotierung, beispielsweise die weit verbreitete photorefraktive Dotierung, angepasst werden. Die photorefraktiven empfindlichen Ionen, die in LiTaO ₃-Kristalle dotiert werden, fungieren als photorefraktive Zentren und ionisieren freie Elektronen oder Löcher unter Licht, um am Aufbau des elektrischen Raumfelds teilzunehmen und so den photorefraktiven Effekt des Kristalls zu verstärken. Diese Dotierungsmethode erfordert, dass die Absorptionswellenlänge der Dotierstoffionen im Kristall mit der tatsächlich erforderlichen Wellenlänge übereinstimmt. Die Dotierstoffionen müssen im Kristall gleichzeitig in zwei Oxidationsstufen vorliegen und als Trägerdonor bzw. Falle fungieren. Beim Übergang der beiden Oxidationsstufen ineinander entstehen Elektronen oder Löcher. Derzeit werden üblicherweise Eisen, Mangan, Kupfer usw. für die photorefraktive Dotierung verwendet, und Eisen weist die beste Leistung auf. Folgestudien zeigten, dass Chrom, Kobalt und Nickel kaum einen Einfluss auf die Speichereigenschaften des LiTaO ₃-Kristalls hatten.

Wenn LiTaO _3-Kristalle in anderen optischen Bereichen verwendet werden, ist eine antiphotorefraktive Dotierung erforderlich, bei der der Dotierstoff eine stabile Wertigkeit aufweisen muss, um das photorefraktive Zentrum des Kristalls zu reduzieren. Zhang Guoquan fand durch die Untersuchung von Übergangsgruppenelementen heraus, dass ein einzelner Valenzzustand und eine Vollschalenstruktur notwendige Bedingungen für anti-photorefraktive Dotierstoffionen sind. Tabelle 4 zeigt die Strukturen der äußeren Elektronenhülle mehrerer Ionen.

Tabelle 4.  Mögliche Valenzen und äußere Schalenstrukturen lichtempfindlicher Ionen