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铌酸锂晶体是一种被广泛使用的人工晶体,它不仅具有电光、声光、弹光、光折变、压电、热释电效应等优良的物理特性,还具有自身机械性能稳定、易加工、耐高温、抗腐蚀、原材料来源丰富、价格低廉、易生长成大晶体的优点。同时,在铌酸锂晶体中掺入不同杂质后能呈现出各种各样的性能,使之在声倍频转换、表面滤波器、电光调制器、光波导、全息存储等方面有着广泛的应用。全息存储被认为是下一代光学存储技术之一,但是缺少一种理想的材料作为存储介质使其商业化。光折变全息存储广泛使用的掺铁铌酸锂晶体存在诸如光挥发性和慢响应等缺点。虽然铁锰双掺铌酸锂晶体可以实现非挥发存储,但慢响应仍然没有得到解决。另一方面,掺铁铌酸锂晶体只能在蓝绿光波段表现出优异的光折变性能,但是在紫外波段由于强吸收无法工作。此外,铌酸锂晶体虽然是一种很好的集成光学发展平台,但它一直被用作无源元件而非有源元件。制成有源元件的基础是制备p-n结,但最近的研究表明现有的掺杂铌酸锂晶体是n型而不是p型的,因此寻找一种p型的铌酸锂晶体至关重要。掺杂之后铌酸锂晶体具有多功能和多用途,但目前常用的掺杂离子的价态一般都低于+5价(Nb的价态),这些离子掺入之后占据晶格中的正常锂位形成一些缺陷,并且表现出与这些缺陷相关的性能。因此,一个至关重要的问题就会突显出来：如果掺杂离子的价态高于+5价(比如+6价的钼),那么铌酸锂晶体中会出现新的占位并形成新的缺陷而表现出新的性能吗?本论文主要研究单掺六价钼(LN:Mo)、双掺锆钼(LN:Zr,Mo)和镁钼(LN:Mg,Mo)铌酸锂晶体的光折变性能,并试图通过极化工艺的改变来调控晶体的光折变性能以及载流子类型以期待获得p型铌酸锂晶体,并对晶体中的缺陷结构及其与晶体性能的关系进行了研究。第一章,阐述了工作的背景、目的与意义。综述了铌酸锂晶体的基本结构、基本物理性质及其缺陷结构模型,并介绍了铌酸锂晶体的掺杂工程。第二章,系统地介绍了单掺钼、镁钼双掺和锆钼双掺铌酸锂晶体的生长及晶体的极化工艺。第三章,研究了LN:Mo晶体的光折变性能。实验结果表明,LN:Mo晶体可以实现从紫外至可见波段的全息存储。钼的最佳掺杂量为0.5mol%,此时晶体具有最快的响应速度和较好的饱和衍射效率。极化电流的增加可以提高LN:Mo晶体的光折变性能。尤其当极化电流达到145mA时,晶体在351nm处响应时间缩短到0.35秒,并保持了60%的饱和衍射效率,而在其他波段也都保持在秒的量级。X射线光电子能谱表明钼在晶体中以+4、+5和+6的价态存在。X射线单晶衍射精修结果表明Mo在晶体中占据铌位。因而LN:Mo晶体优异的光折变性能归因于Mo在晶体中不像其他掺杂元素占据锂位而是占据铌位,并形成新型缺陷MoNb+。第四章,研究了共掺入0.5mol%钼和不同掺杂量的镁或者锆铌酸锂晶体的光折变性能。研究结果表明,此晶体中依然可以实现全色存储。红外吸收谱表明当镁掺入6.5mo1%或者锆掺入2.5mol%时,掺杂量都达到了阈值。但是锆并不能提高LN:Mo晶体的光折变性能,而镁则可以进一步提高LN:Mo晶体的响应速度。当镁的掺杂量达到6.5mol%时,LN:Mg,Mo晶体在351nm、488nm、532nm和671nm的响应时间分别是0.22秒、0.32秒、0.37秒和1.2秒。这是目前仅有的可以在紫外至可见波段实现如此快速地全色存储的晶体。第五章,研究了极化条件对LN:Mo晶体光折变载流子类型的影响。实验结果表明,极化电流和极化时间的改变极大的影响着晶体的颜色和性能。当极化电流为70mA,极化时间为30分钟时,LN:Mo晶体在351nm处的主导载流子类型由电子型变为空穴型。第六章,总结了本论文的研究成果,并提出了掺钼铌酸锂晶体的进一步研究计划及应用前景。