连续光条件下对LiNbO3:Fe:Mn晶体全息存储性能的理论研究

以双中心模型为基础,在低光强连续光条件下研究了LiNbO3:Fe:Mn晶体在稳态情况下的非挥发双光双步全息存储性能.采用数值方法.通过比较双中心模型中深(Mn2 /Mn3 )、浅(Fe2 /Fe2 )能级之间所有可能的电子交换过程,发现由隧穿效应引起的深浅能级之间直接电子交换过程对LiNbO3:Fe:Mn晶体总的空间电荷场大小起着决定性的作用.同时.这一电子交换过程对晶体非挥发全息存储性能也起着至关重要的作用.此外.通过相同实验条件下LiNbO3:Fe:Mn晶体与近化学比LiNbO3:Fe晶体总的空间电荷场的比较,显示LiNbO3:Fe:Mn晶体在低抽运光和高记录光光强条件下有着比近化学比LiNbO3:Fe晶体更佳的伞息存储性能.     

Zn∶Mn∶Fe∶LiNbO3晶体位相共轭性能和全息关联存储

在同成分LiNbO3中,掺入ZnO的摩尔分数分别为1%、3%、5%、7%和9%,掺入（质量分数）0.03% MnCO3和0.08%Fe2O3,采用提拉法生长了优质Zn∶Mn∶Fe∶LiNbO3晶体.测试Zn∶Mn∶Fe∶LiNbO3晶体的OH-红外吸收光谱,抗光损伤能力和位相共轭性能.Zn离子浓度在7%和9%时,OH-吸收峰移到3 528 cm－1,讨论OH-吸收峰移动机理.随着Zn离子浓度增加,抗光损伤能力增加.Zn离子浓度增加到7%,达到阈值.Zn∶Mn∶Fe∶LiNbO3晶体抗光损伤能力比LiNbO3晶体高二个数量级,研究高掺锌Mn∶Fe∶LiNbO3晶体抗光损伤增强机理.随着Zn离子浓度增加,Zn∶Mn∶Fe∶LiNbO3晶体位相共轭反射率降低,位相共轭响应速度增加.Zn∶Mn∶Fe∶LiNbO3晶体位相共轭镜消除了光波的位相畸变.以Zn∶Mn∶Fe∶LiNbO3晶体作存储介质进行全息关联存储实验.讨论全息关联存储的工作原理.以原图象的25%和50%进行寻址,在输出平面上接收到较完整的存储图象.     

Zn∶Fe∶LiNbO_3晶体全息存储性能研究

以提拉法生长Zn(1mol% )∶Fe∶LiNbO3,Zn(4mol % )∶Fe∶LiNbO3,Zn(7mol% )∶Fe∶LiNbO3晶体 Zn∶Fe∶LiNbO3晶体随着Zn2 + 浓度的增加 ,抗光致散射能力增加 ,Zn(7mol% )∶Fe∶LiNbO3晶体抗光致散射能力比Fe∶LiNbO3晶体提高两个数量级以上 测试了Zn∶Fe∶LiNbO3晶体衍射效率、响应时间 以Zn(7mol % )∶Fe∶LiNbO3晶体作为存储元件 ,Zn(4mol% )∶Fe∶LiNbO3晶体作为位相共轭镜 ,进行全息关联存储试验 试验结果显示出成像质量好、图像清晰完整、噪音小等优点 研究了Zn∶Fe∶LiNbO3晶体全息存储性能增强的机理 Zn(4mol% )∶Fe∶LiNbO3晶体具有全息存储性能最佳的综合指标     

LiNbO3:Cu:Ce晶体非挥发全息存储性能的理论研究

以双中心模型为基础, 理论研究了LiNbO₃:Cu:Ce晶体在稳态情况下的非挥发双光双步全息存储性能. 研究中考虑了在晶体深能级中心Cu⁺/Cu²⁺ 与浅能级中心Ce³⁺/Ce⁴⁺ 之间由隧穿效应引起的电荷直接交换过程. 结果表明, 总的空间电荷场大小主要由深能级上的空间电荷场所决定, 并且非挥发全息存储性能主要由隧穿效应引起的深能级中心Cu⁺/Cu²⁺ 与浅能级中心Ce³⁺/Ce⁴⁺ 之间的电荷直接交换过程所决定. 与隧穿效应相关的材料参数对于非挥发双光双步全息存储的性能起到了至关重要的作用.     

双中心全息记录的矢量分析与记录方向优化

对描述双掺杂晶体非挥发性全息记录动力学过程的Kukhtarev方程进行了矢量分析,分析中考虑了体光生伏特效应和外加电场的作用。在小信号近似的基础上给出了双中心全息记录中记录与固定阶段空间电荷场的矢量解析解。在综合考虑空间电荷场的各向异性以及晶体有效电光系数的各向异性后,给出了双中心全息记录的优化记录方向。结果表明,对(Fe,Mn)∶LiNbO3晶体633nm寻常光记录,优化记录方向主要由有效电光系数决定,光栅波矢与光轴夹角为22°,方位角为30°;对(Fe,Mn)∶LiNbO3晶体633nm非寻常光记录,优化记录方向主要由固定空间电荷场决定,光栅波矢与光轴夹角为44°,方位角为90°。     

(Ce,Cu)∶LiNbO3晶体非挥发全息记录理论研究与优化

根据双中心带输运模型,对(Ce,Cu)∶LiNbO3晶体双中心非挥发全息记录进行了理论研究与优化。推导了(Ce,Cu)∶LiNbO3晶体的微观参量,采用数值方法通过严格求解模拟双中心带输运方程来模拟全息记录过程。分析了记录过程中,记录与敏化光强、Ce和Cu掺杂浓度以及晶体微观参量对(Ce,Cu)∶LiNbO3晶体双中心全息记录的影响。发现(Ce,Cu)∶LiNbO3晶体非挥发全息记录中实现高衍射效率与固定效率的主导因素是深中心Cu,在记录过程中,深中心Cu建立起了很强的空间电荷场。数值模拟的结果经过实验验证,最高饱和与固定衍射效率别为60.5%和53.8%。     

双掺杂LiNbO3:Fe:Mn全息存储动力学

建立了包括扩散、漂移和光伏打效应三种输运机制,小信号光强、小调制度近似下描述双掺杂LiNbO3:Fe:Mn晶体用双色光进行全息存储的动力学的耦合微分方程组,数值求解并解释了晶体光存储的时间动态发展过程.在此基础上,分析了晶体的氧化还原程度对全息存储过程的影响,只有在晶体总的受主数密度Na(即Fe3+和Mn3+的数密度之和)大于铁离子数密度N2的条件下,双掺杂LiNbO3:Fe:Mn晶体全息存储才能达到非破坏性存储的目的.经过光固定的光栅的衍射效率随氧化增大,光折变灵敏度随氧化而减小,要获得高衍射效率就必须以降低光折变灵敏度为代价.在掺铁浓度一定的情况下,掺锰浓度越高,能实现信息长期存储对应的氧化还原状态的有效动态范围越大.     

敏化光波长对(Fe,Ni)∶LiNbO_3晶体全息记录性能的影响

分别采用514 nm绿光4、88 nm蓝光和390 nm紫外光作为敏化光,633 nm红光作为记录光,详细研究了敏化光波长对氧化(Fe,Ni)∶LiNbO3晶体全息记录性能的影响。结果表明:随着敏化光波长的逐渐减小,氧化(Fe,Ni)∶LiNbO3晶体的非挥发全息记录性能逐渐优化,390 nm紫外光是这三种敏化光中最优的敏化光。考虑敏化光的吸收,为了在双中心全息记录中获得最优的性能,应当选择合适波长的敏化光:一方面短波长敏化光能有效地敏化深中心;另一方面短波长敏化光的吸收太强(如对光折变效应无用的基质吸收),不能沿厚度方向有效地敏化晶体,所以实际上需折衷考虑,并从理论上给予了解释。     

用于双色全息存储(Fe,Cu)∶LiNbO3晶体的参量优化计算

在确定Cu在LiNbO3晶体中对应于365 nm和633 nm的激发系数、复合系数、光伏系数的基础上,采用龙格库塔(Runge-Kutta)数值方法理论研究了双掺杂(Fe,Cu)∶LiNbO3晶体的深浅能级的掺杂组分比、氧化还原状态对双色全息存储的记录灵敏度和动态范围的影响,并探讨了同时取得尽可能大的灵敏度和动态范围的晶体条件。结果表明,为了同时得到较大的记录灵敏度和动态范围,在实际应用中选用浅能级掺杂浓度为5.0×1025m-3,深能级掺杂浓度为3×1024~3×1025m-3之间的弱氧化晶体是合适的。     

近化学计量比双掺铁锰铌酸锂晶体紫外光致吸收特性的研究

研究了不同锂含量的双掺铁锰铌酸锂晶体的紫外光致吸收特性,结果表明,同成分晶体的紫外光致吸收系数较低,随着锂含量的增加,晶体的紫外光致吸收系数逐渐增大,当晶体中的锂含量达到49.57mol%附近时,紫外光致吸收系数达到最大值4.20 cm-1,进一步增加晶体中的锂含量,饱和光致吸收系数开始下降。在此基础上,提出了近化学计量比双掺铁锰铌酸锂晶体的双色非挥发全息存储的三中心模型,即随着晶体锂含量的增加,双掺铁锰晶体的光折变中心除了Fe2+/Fe3+,Mn2+/Mn3+外,还将增加双极化子/小极化子中心。     

双掺杂铌酸锂晶体的第一性原理研究

本文利用第一性原理研究了Mn:Fe:LiNbO3晶体、Mn:Ru:LiNbO3晶体和Fe:Ru:LiNbO3晶体的电子结构和光学性质.通过对电子结构的分析,发现杂质能级的深浅与掺杂元素原子序数有关.原子序数越大,杂质能级越深.通过对Mn:Fe:LiNbO3晶体、Mn:Ru:LiNbO3晶体和Fe:Ru:LiNbO3晶体...     

铟掺杂对Fe∶LiNbO3晶体近红外光折变性能的影响

采用在Fe∶LiNbO3中掺入了铟离子生长的双掺杂In∶Fe∶LiNbO3晶体,以波长为1064nm的近红外会聚光束作为记录光源,通过数字观测装置,对比研究了铟离子掺入前后Fe∶LiNbO3晶体和In∶Fe∶LiNbO3晶体的光折变性能。实验研究结果表明,铟离子掺入后晶体的光折变响应速度和抗光折变能力明显提高,饱和折射率变化量降低。初步分析认为,In∶Fe∶LiNbO3晶体光折变性能的增强是由于掺入的铟离子取代了部分光折变敏感中心,降低了光敏中心的数量,导致晶体光电导增大,响应时间随之缩短。     

Mg∶Fe∶LiNbO_3晶体的生长及光学性能研究

在Fe∶LiNbO3中掺进MgO和Fe2 O3以提拉技术生长Mg∶Fe∶LiNbO3晶体 对晶体进行极化和还原处理 测试晶体的吸收光谱 ,Mg∶Fe∶LiNbO3晶体吸收边相对Fe∶LiNbO3晶体发生紫移 测试晶体的红外光谱 ,Mg∶(5mol % )Fe∶LiNbO3晶体OH 吸收峰由Fe∶LiNbO3晶体的 3482cm- 1移到35 34cm- 1 采用锂空位模型阐述Mg∶Fe∶LiNbO3晶体 ,吸收边和OH- 吸收峰移动的机理 测试晶体的抗光致散射能力 Mg∶(5mol% )Fe∶LiNbO3晶体抗光致散射能力比Fe∶LiNbO3晶体提高一个数量级以上 测试晶体的衍射效率和响应时间 Mg∶Fe∶LiNbO3晶体响应速度比Fe∶LiNbO3晶体提高四倍     

Zn∶Mn∶Fe∶LiNbO3晶体位相共轭性能和全息关联存储

在同成分LiNbO3中,掺入ZnO的摩尔分数分别为1％、3％、5％、7％和9％,掺入(质量分数)0.03％ MnCO3和0.08％Fe2O3,采用提拉法生长了优质Zn∶Mn∶Fe∶LiNbO3晶体,测试Zn∶Mn∶Fe∶LiNbO3晶体的OH红外吸收光谱,抗光损伤能力和位相共轭性能.Zn离子浓度在7％和9％时,OH吸收...     

Zn:Fe:LiNbO3晶体全息存储性能研究

以提拉法生长Zn(1mol%):Fe:LiNbO3, Zn(4mol%):Fe:LiNbO3,Zn(7mol%):Fe:LiNbO3晶体.Zn:Fe:LiNbO3晶体随着Zn2+浓度的增加,抗光致散射能力增加,Zn(7mol%):Fe:LiNbO3晶体抗光致散射能力比Fe:LiNbO3晶体提高两个数量级以上.测试了Zn:Fe:LiNbO3晶体衍射效率、响应时间.以Zn(7mol%):Fe:LiNbO3晶体作为存储元件,Zn(4mol%):Fe:LiNbO3晶体作为位相共轭镜,进行全息关联存储试验.试验结果显示出成像质量好、图像清晰完整、噪音小等优点.研究了Zn:Fe:LiNbO3晶体全息存储性能增强的机理.Zn(4mol%):Fe:LiNbO3晶体具有全息存储性能最佳的综合指标.     

（Ce，Cu）：LiNbO3晶体非挥发全息记录理论研究与优化

根据双中心带输运模型，对（Ce，Cu）：LiNbO3晶体双中心非挥发全息记录进行了理论研究与优化。推导了（Ce，Cu）：LiNbO3晶体的微观参量，采用数值方法通过严格求解模拟双中心带输运方程来模拟全息记录过程。分析了记录过程中，记录与敏化光强、Ce和Cu掺杂浓度以及晶体微观参量对（Ce，Cu）：LiNbO3晶体双中心全息记录的影响。发现（Ce，Cu）：LiNbO3晶体非挥发全息记录中实现高衍射效率与固定效率的主导因素是深中心Cu，在记录过程中，深中心Cu建立起了很强的空间电荷场。数值模拟的结果经过实验验证，最高饱和与固定衍射效率别为60．5％和53．8％。     

双掺杂近化学计量比铌酸锂晶体的全息光学特性研究

在LiNbO3中掺入0.2 mol% MnO和0.1 mol% Fe2O3,采用顶部籽晶法生长了双掺杂近化学计量比铌酸锂晶体.紫外吸收测试结果表明,晶体成分趋近于化学计量比.采用二波耦合光路测试了晶体的光折变性能.晶体的指数增益系数达到28 cm-1,衍射效率为68.3%,响应时间为亚秒级.利用晶体进行了体全息存储实验,实验结果显示,双掺杂近化学计量比晶体的图像存储质量明显好于相同掺杂的同成分晶体,记录速度较同成分晶体提高了二个数量级.     

利用双载流子四陷阱模型解释Zn:Fe:LiNbO3晶体记录过程中的自擦除现象

比较了掺Fe量相同的两种晶体Fe:LiNbO3和Zn:Fe:LiNbO3的光折变性能，并且给出了Zn:Fe:LiNbO3晶体光电导和衍射效率与入射总光强的关系.在Zn:Fe:LiNbO3晶体二波耦合实验中观察到衍射效率随记录时间的增长先增加，达到饱和后又逐渐减小的自擦除现象，并采用光折变双载流子四陷阱模型对该现象加以解释. 在此基础上选择合适的曝光时序，利用角度复用技术在该晶体中进行体全息存储，并在同一点上存入30幅图像. 关键词： 双载流子四陷阱模型 自擦除 电子-空穴竞争 角度复用     

近化学计量比Ce∶Mn∶LiNbO3晶体光折变性能研究

在LiNbO3中掺进0.015mass%MnCO3和 0.1mass%CeO2,以Czchralski法生长Li/Nb比为1.38的近化学计量比Ce∶Mn∶LiNbO3(Ce∶Mn∶SLN)晶体和Li/Nb比为0.946的同成分Ce∶Mn∶LiNbO3(Ce∶Mn∶CLN)晶体.测试了晶体的红外光谱和紫外可见吸收光谱,讨论了Ce∶Mn∶SLN晶体OH－吸收峰和吸收边移动机理.利用二波耦合光路测试了晶体的指数增益系数,Ce∶Mn∶SLN晶体指数增益系数Γ达到27 cm2－.同时,研究了Ce∶Mn∶SLN指数增益系数提高的机理.     

双掺杂近化学计量比铌酸锂晶体的全息光学特性研究

在LiNbO3中掺入0.2 mol％ MnO和0.1 mol％ Fe2O3,采用顶部籽晶法生长了双掺杂近化学计量比铌酸锂晶体.紫外吸收测试结果表明,晶体成分趋近于化学计量比.采用二波耦合光路测试了晶体的光折变性能.晶体的指数增益系数达到28 cm－1,衍射效率为68.3％,响应时间为亚秒级.利用晶体进行了体全息存储实验,实验结果显示,双掺杂近化学计量比晶体的图像存储质量明显好于相同掺杂的同成分晶体,记录速度较同成分晶体提高了二个数量级.