Influence of the Damage Resistant Impurities Zn and Mg on the UV-Excited Luminescence in LiNbO3

Abstract

In LiNbO3 the intrinsic uv-excited luminescence in the visible is controlled by the stoichiometry of the crystal and doping with Mg or Zn. Either the increase of the Li/Nb ratio or incorporation of Mg or Zn lead to the same change of the emission bandshape and intensity. The emission increases with increasing impurity concentration and tends to saturate above the values of about 5 mol% Mg or 7 mol% Zn. These are ‘thresholds’ corresponding simultaneously to a drastic reduction of the photorefraction. The luminescence lifetimes are temperature dependent and again are governed by impurity concentrations. The results are discussed in terms of the site—antisite model regarding NbLi and NbNb centers to be responsible for the intrinsic luminescence and its kinetics in LiNbO3, that means a substitution for NbLi by Mg or Zn. In LiNbO3 wird die sichtbare UV-angeregte Lumineszenz durch die Stöchiometrie des Kristalls und die Dotierung mit Mg oder Zn bestimmt. Sowohl der Anstieg des Li/Nb-Verhältnisses als auch das Anwachsen der Mg- oder Zn-Dotierung führten zu gleichartigen Änderungen der Emissionsbanden und ihrer Intensitäten. Die Lumineszenz wächst mit der Dotierung und geht oberhalb 5 mol% Mg oder 7 mol% Zn in Sättigung. Oberhalb dieser Schwellen wird eine drastische Reduktion des photorefraktiven Effekts beobachtet. Die Lebensdauern sind temperaturabhängig und hängen von der Dotierung ab. Die Ergebnisse werden im Rahmen eines Gitterplatz-Antisite-Defekt-Modells beschrieben, wobei NbLi und NbNb für die Lumineszenz und die zugehörige Kinetik verantwortlich sind, d. h. Mg und Zn vernichten NbLi.