掺铒铌酸锂晶体(Er:LiNbO3,Er:LN)具有优秀的电光性、声光性、和非线性光学等性质,而且有Er离子所具有的光学特性,是适于制备有源光波导器件的基底材料。但是用常规方法制备的Er:LiNbO3中,Er的溶解度是有限的,限制了相关器件的发展。本论文率先报道了利用在同成分LiNbO3晶体上同时进行缺锂气相输运平衡(VTE)处理和局域Er金属扩散的方法来制备具有较高Er离子浓度的Er:LiNbO3晶体。　　 本论文主要有以下工作:　　 1.在使用缺锂VTE的方法对一系列Z-切MgO(5 mol％):LN晶体进行处理后,研究了MgO:LN晶体中Li组分下降后OH-红外区吸收峰值变化过程,并总结出3481 cm-1附近的OH-吸收峰是直接生成的,并不是3535 cm-1附近的OH-吸收峰发生移动而得到的。　　 2.使用四枚Z-切和四枚X-切同成分样品(Li2O组分约为48.5 mol％)作为初始材料。利用磁控溅射技术,在样品表面溅射Er金属后,分别进行1030℃／240h、1050℃／180 h、1070℃／180 h和1100℃／180 h的缺锂VTE处理,同时进行Er金属的扩散。此后利用双折射方法得到样品的Li2O组分,该组分处在(48.0-48.2)±0.1m01％范围中。使用二次离子质谱技术测定得出所有样品中Er离子随深度方向上的浓度变化,发现Er离子的深度分布符合余补误差函数。利用扩散深度,计算得到每枚样品的扩散系数。结合Arrhenius定律,得到X／Z-切样品的扩散常数和激活能分别为:(1.2±0.2)×107／(2.2±0.3)×104μm2／h,2.32±0.08／1.51±0.08 eV。处理温度分别为1030,1050,1070,1100℃时,基于质量守恒定律,X-／Z-切样品的Er溶解度近似于(1.42±0.24)／(1.14±0.15),(2.18±0.27)／(2.01±0.19),(2.62±0.26)／(2.68±0.19),(2.54±0.20)／(2.30±0.16)×1020子／cm3。相比于未利用缺锂VTE处理的样品,在固定扩散温度时,利用缺锂VTE处理过的样品中Er溶解度有明显地提高。　　 3.为了能够获得参数选择、实验结果预测、结果验证方面的参考,通过数值分析的方法,对LN晶体中发生的Li2O组分变化和Er离子扩散过程进行模拟研究,参考有关资料对Er扩散的过程给出推理。根据Fick定律,采用有限差分方法对扩散方程和边界条件进行处理,建立了普遍合理的缺锂VTE模型和Er离子扩散模型。在此之后,以Er离子扩散模型为基础,讨论了Er金属全部转化为扩散池的时刻和扩散池扩散完全的时刻,并计算了0-100 nm厚的Er金属完全扩散结束的时间曲线和拟合公式,以及0-1000 h的Er离子扩散所能够达到的1／e深度分布曲线和拟合公式。　　 所以,在本论文中,率先使用缺锂VTE的方法研究了MgO:LN晶体中Li组分下降后OH-红外区吸收峰值变化过程；率先利用在同成分LiNbO3晶体上同时进行缺锂VTE处理和局域Er金属扩散的方法制备出具有较高Er离子浓度的Er:LiNbO3晶体,并结合实验数据建立相应缺锂VTE和Er扩散模型,利用此类高Er离子浓度的Er:LiNbO3晶体可以有效提高相关器件(如波导放大器)的性能。