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铌酸锂(lithium niobate：LiNbO3)单晶中的畴工程(Domain Engineering)由于其在非线性光学中的广泛应用，自上世纪90年代开始，一直得到密切的关注。然而，随着集成光学的发展，小型化和集成化要求材料的应用由体块向薄膜转变。于是，在LiNbO3薄膜波导上利用周期极化实现准相位匹配必将是下一步研究的焦点。尽管科学界在LiNbO3多晶和单晶薄膜上积累了较多的数据结果，但是，由于受复杂边界条件的影响，在纳米结构中的LiNtbO3极化动力学过程一直没有得到圆满的观测和揭示。因此非常有必要在取向确定的分立铁电纳米颗粒上研究铁电极化的动力学过程。本文利用脉冲激光沉积(Pulsed Laser Deposition：PLD)方法，在多种衬底上实现高度C轴取向LiNbO3薄膜的制备。利用这种技术，我们在Pt衬底上制备C轴取向LiNbO3纳米颗粒，利用搭置的压电力显微镜(PiezoresponseForce Microscopy：PFM)对其极化进行表征，结合透射电镜技术(TransmissionElectron Microscopy：TEM)将极化电滞回线与材料中微结构相联系，为进一步研究铁电尺寸效应(Ferroelectric Size Effect)，并为在LiNbO3薄膜上周期极化实现非线性转换奠定基础。
本论文的主要内容如下：
1.根据压电力显微的基本原理，在两种原子力显微镜(Vecco Multimode IIIa和Vecco Multimode V)上实现压电力显微的测量，得到微观区域的铁电畴分布，以及局域的电滞回线。测量中发现，压电力显微测量与锁相放大器所选频率有密切的关系，因此在实际测量中需要仔细选择测量的频率。
2.根据矢量压电力显微基本原理，考虑到LiNbO3特殊的晶体学结构及其压电张量，可以较为方便的利用压电力显微方法得到局域LiNb0O的晶体学取向，并且与宏观X射线衍射(X-Ray Diffraction：XRD)所得结果相比较，证明了方法的可靠性。
3.利用脉冲激光沉积技术，寻找到样品制备条件，在600℃和30Pa氧气压力下，在Si(100)，Si(111)，Al2O3(001)，SiO2(1um)/Si，熔融的石英衬底，以及Pt/Ti/SiO2/Si等衬底上实现高度(006)取向的LiNbO3薄膜，并利用多种测量手段测量其性质，在SiO2衬底上生长的LiNbO3样品中得到优良的波导特性，为LiNbO3波导在集成光学方面的应用奠定了基础。
4.利用制备高度取向LiNbO3薄膜的技术，在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上沉积约20nm薄膜后，在500℃，60Pa氧气压力下退火120min，得到20-200nm尺寸的(006)取向的LiNbO3纳米颗粒。利用压电力显微方法和透射电镜方法，对微观结构和宏观局域极化过程进行表征，揭示出结构中缺陷与局域极化过程的关系。
5.利用高度取向LiNbO3薄膜生长技术，制备稀土离子掺杂的Nd：LiNbO3和Cr：LiNbO3薄膜，利用自己搭置的荧光测量系统，得到荧光谱线。为集成光学中有源自倍频器件的制备和研究金属表面等离激元对荧光谱的影响提供材料学基础。