同成分掺镁铌酸锂晶体紫外光致吸收阈值效应的研究

研究了同成分掺镁铌酸锂晶体中的紫外光致吸收效应。通过对不同掺Mg浓度铌酸锂晶体的紫外光致吸收系数和双色存储灵敏度的测量,发现同成分掺镁铌酸锂晶体的紫外光致吸收效应具有Mg离子浓度阈值效应。只有当掺Mg摩尔分数大于3．0％时,从近紫外一直延伸到近红外波段的紫外光致吸收效应才显示出来。这一Mg离子浓度阈值效应进一步为双色存储灵敏度的测量结果所证实。该浓度阈值小于掺镁铌酸锂晶体抗光损伤效应的摩尔分数阈值4．6％。这种紫外光致吸收现象可能和掺镁铌酸锂晶体中反位铌NbLi浓度的急剧减少基本消失有关。     

第一性原理下铟锰共掺铌酸锂晶体的电子结构和吸收光谱

本文利用第一性原理研究了In:Mn:LiNbO_3晶体及对比组的电子结构和光学特性.研究结果显示,掺锰铌酸锂晶体的杂质能级主要由Mn的3d态轨道贡献,在禁带中处于较浅的位置,在价带顶端也有所贡献,晶体带隙较纯铌酸锂晶体变窄;Mn:LiNbO_3晶体分别在1.66,2.85 eV等位置形成了吸收峰;掺In的Mn:LiNbO_3晶体在1.66 eV附近的吸收明显减弱,掺铟浓度约为闽值(约3 mol%)时在1.66 eV吸收继续减弱,并出现了一些新的光吸收峰.本文提出了1.66 eV的吸收与Mn2+离子相关,因掺铟离子而出现的2.13 eV的吸收与Mn~(3+)离子相关,这两峰随着掺铟离子的增加将出现前者减弱而后者增强的变化,该变化可以用电荷在锰、铟离子间的转移解释;还提出在铟、锰共掺铌酸锂晶体中,若光存储的记录光选择低能段(1.66 eV附近),此时对应记录灵敏度要求较小的掺铟量等观点.     

静电染色法在铌酸锂晶体铁电性显示中的应用

我们应用静电复印油墨将铌酸锂铁电畴染色(静电染色法)显示,并扩展到铌酸锂晶体光铁电性的显示,包括单畴铌酸锂光折变区电场电荷分布、单畴掺铁铌酸锂晶体表面电击穿效应和单畴掺铁铌酸锂晶体存储的全息衍射光栅图象的显示等. 上述光铁电性显示图象,与使用其他实验手段所得到的     

Fe:Mg:LiNbO3晶体电子结构和吸收光谱的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理, 研究了LiNbO₃晶体以及不同Mg浓度的Fe:Mg:LiNbO₃晶体的电子结构和吸收光谱. 研究结果显示: 掺铁铌酸锂晶体的杂质能级由Fe 的3d轨道和O的2p轨道贡献, 禁带宽度为2.845 eV; 对于Mg, Fe共掺样品, Mg的浓度小于或等于阈值时, 禁带宽度分别为2.901 和2.805 eV; 掺铁铌酸锂晶体的吸收谱在2.3和2.6 eV处分别存在一个吸收峰, 其强度因Mg的浓度不同而发生变化. 研究结果还表明, 不同浓度的Mg对晶体内Fe²⁺和Fe³⁺的浓度以及占位产生了不同的影响. 还提出了光电子的形成不应单独考虑铁的轨道电子态, 而应同时考虑与铁成键的氧的轨道电子态的观点.     

掺铁近化学配比铌酸锂晶体的紫外光致吸收和弛豫过程的研究

生长了系列掺杂低铁(质量分数分别为0×10-6,3×10-6,5×10-6,10×10-6,25×10-6,50×10-6、100×10-6)的近化学配比铌酸锂(SLN)晶体,测量了它们的紫外-可见光谱,并通过477nm处的线性吸收系数估算晶体中Fe2+和Fe3+的浓度。利用抽运(365nm)-探测(632.8nm)法测量不同掺杂浓度晶体光致吸收的动态过程和稳态特性,结果表明光致吸收是以扩展指数的形式衰减的,其衰减时间常数(即小极化子的寿命)随掺杂浓度和抽运光强增加而减小,扩展指数因子随抽运光强的增加而减少。根据电子的输运方程,利用四阶龙格-库塔方法对电子输运过程进行数值求解,模拟了掺铁铌酸锂(Fe:SLN)晶体的光致吸收的全过程,与实验所得结果符合得很好。     

掺Ce,Fe系列LiNbO3晶体光折变效应光存储特性

研究了系列Ce：Fe掺杂以及不同后处理态(生长态、还原态和氧化态)铌酸锂晶体的透过率光谱和光折变全息存储特性。实验结果表明单掺Ce铌酸锂晶体具有较好的图像存储质量和较宽的透过率光谱范围,二波耦合增益相对较低;高掺杂铌酸锂样品的透过率光谱范围较窄,光折变二波耦合增益较低。晶体的后处理对铌酸锂样品的光折变特性影响明显,双掺Ce:Fe还原态铌酸锂晶体具有较高的二波耦合增益;氧化态样品具有较大的透过率光谱范围;还原态样品具有较大的光折变二波耦合增益特性。实验结果还表明在同种样品中难于同时获得大的二波耦合增益和图像存储质量。     

铜铁镁三掺铌酸锂晶体的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理,研究了Cu:Fe:Mg:LiNbO3晶体及对比组的电子结构和光学特性.研究显示,单掺铜或铁铌酸锂晶体的杂质能级分别由Cu 3d轨道或Fe 3d轨道贡献,禁带宽度分别为3.45和3.42 eV;铜、铁共掺铌酸锂晶体杂质能级由Cu和Fe的3d轨道共同贡献,禁带宽度为3.24 eV,吸收峰分别在3.01,2.53和1.36 eV处;Cu:Fe:Mg:LiNbO3晶体中Mg^2+浓度低于阈值或高于阈值(阈值约为6.0 mol%)的禁带宽度分别为2.89 eV或3.30 eV,吸收峰分别位于2.45 eV,1.89 eV或2.89 eV,2.59 eV,2.24 eV.Mg^2+浓度高于阈值,会使吸收边较低于阈值情况红移;并使得部分Fe^3+占Nb位,引起晶体场改变,从而改变吸收峰位置和强度.双光存储应用中可选取2.9 eV作为擦除光,2.5 eV作为读取和写入光,选取Mg^2+浓度达到阈值的三掺晶体在增加动态范围和灵敏度等参量以及优化再现图像的质量等方面更具优势.     

掺杂对铌酸锂晶体非挥发全息存储性能的影响

通过研究掺镁、掺锌和掺铟同成分铌酸锂晶体的紫外-红光双色全息存储性能,发现双色记录响应时间均比单色记录时明显缩短,最多的可减小3个数量级;双色记录灵敏度大幅度提高,在掺镁5 mol.%的晶体中可达到11 cm/J.在掺杂浓度超过抗光损伤阈值的铌酸锂晶体中,均可实现非挥发全息存储.但是,在掺镁、锌样品中,深、浅能级中心上的光栅反相,而在掺铟样品中则表现为同相.这是由于掺杂离子的种类不同,在铌酸锂晶体中形成的缺陷中心也不同所引起的. 关键词： 掺杂 铌酸锂晶体 非挥发 全息存储     

掺铁铌酸锂晶体中光致散射的锂组分和温度依赖关系研究

研究了单掺铁铌酸锂晶体的光致散射行为随锂组分以及温度的变化关系.实验表明,随晶体组分的升高,光致散射得到了大幅抑制;不同组分晶体光致散射被完全抑制的温度不同.由此提出掺铁铌酸锂晶体在48.9 mol%-49.3 mol%范围内可能存在一临界锂组分,当晶体组分超过这一临界组分时,晶体光致散射被大幅抑制,而光致散射行为的温度依赖关系明显改变.     

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+/Fe3+)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晶体更佳的全息存储性能。     

OH~- absorption and nonvolatile holographic storage properties in Mg:Ru:Fe:LiNbO_3 crystal as a function of Mg concentration

Mg:Ru:Fe:LiNbO3 crystals with various concentrations of MgO (in mole) and fixed content of RuO2 and Fe2O3 (in mass) are grown with the Czochralski method from the congruent melt. Their infrared transmission spectra are measured and discussed to investigate the defect structure. With the increase of Mg2+ concentration the blue nonvolatile holographic storage capability is enhanced. The nonvolatile holographic storage properties of dual-wavelength recording of Mg(7 mol%):Ru:Fe:LiNbO3 nonvolatile diffraction efficiency, response time, and nonvolatile sensitivity reach 59.8%, 70 s, and 1.04 cm/J, respectively. Comparing Mg(7 mol%):Ru:Fe:LiNbO3 with Ru:Fe:LiNbO3 crystal, the response time is shortened apparently. The nonvolatile diffraction efficiency and sensitivity are raised largely. The mechanism in blue photorefractive nonvolatile holographic storage is discussed.     

Structure and optical damage resistance of Zn:Mn:Fe:LiNbO3 crystals

The new non-volatile holographic storage materials, Zn:Mn:Fe:LiNbO₃ crystals, were prepared by Czochralski technique. Their microstructure was measured and analyzed by infrared (IR) transmission spectra. The optical damage resistance of Zn:Mn:Fe:LiNbO₃ crystals was characterized by the transmitted beam pattern distortion method. It increases remarkably when the concentration of ZnO is over a threshold concentration. Its value in Zn(7.0 mol%):Mn:Fe:LiNbO₃ crystal is about three orders of magnitude higher that in Mn:Fe:LiNbO₃ crystal. The photoinduced birefringence change was measured by the Sénarmont's method. It decreased with ZnO concentration increasing. The dependence of the defects on the optical damage resistance was discussed.     

The correlation of doping ions to holographic storage properties of Mg:Mn:Fe:LiNbO3 crystals

The congruent Mn(0.1 wt%):Fe(0.03 wt%):LiNbO₃ crystals doped with different concentration of MgO(0,1,3,6 mol%) have been grown by Czochralski method in air atmosphere. Some crystal samples were reduced in Li₂CO₃ powder. The defects and doping ions location in crystals were investigated by UV-Vis. absorption spectrum as well as infrared transmittance spectrum analysis. In two wave coupling experiments we determined the writing time, maximum diffraction efficiency and the erasure time of four crystal samples with He-Ne laser at 633 nm. The results indicated that Mg(3 mol%):Fe:Mn:LiNbO₃ was the most proper holographic recording media material among four crystals in the paper.     

ZnO对EU:LiNbO3晶体的性能及光谱性质影响

应用坩埚下降法技术，以同成份化学摩尔分数[x（Li2O）=48．6％,x（Nb2O3）=51．4％]为原料，生长出了以不同Zn，Eu双掺杂的LiNbO3晶体。测定了晶体下部与上部的X射线衍射图（XRD）、激发光谱、荧光光谱以及声子边带谱。Zn的掺杂量对Eu^3＋离子在晶体中的分布产生很大的影响。Zn掺杂摩尔分数为3％时．Eu^3＋离子在进入品格时受到有效的压制。随着Zn掺杂摩尔分数提高，达到6％时，压制作用减弱。从Zn^2＋离子在LiNbO3中随浓度变化的分凝情况以及对Eu^3＋离子的排斥作用解释了Eu^3＋离子分布的原因。同时测定了Zn掺杂样品的声子边带谱。     

Nd~(3+):LiNbO_3晶体的坩埚下降法生长及光谱特性

以同成分化学组分比(Li2O:48.6mol%,Nb2O5:51.4mol%)为原料,Nd2O3为掺杂剂,应用坩埚下降法技术,生长了Nd3+初始掺杂为0.2mol%的LiNbO3晶体。测定了晶体的差热曲线、红外吸收光谱、紫外-可见吸收光谱,并与用提拉法技术生长的晶体性质进行了比较。观测到了Nd3+的特征吸收峰。在800nm的半导体激光激发下研究了晶体在1.06μm附近的荧光曲线和荧光寿命,观测到了1067,1080,1085,1093,1106nm五个分裂的4F3/2→4I11/2能级跃迁发射峰。测定了最强荧光峰(1085nm)的荧光寿命为351μs。与用提拉法技术生长的晶体相比,其荧光寿命得到了大幅度的变长,约为3.5倍。在密封条件下用坩埚下降法技术生长的晶体,由于在生长过程中隔绝了空气和水汽,所以在获得的晶体中具有低的OH-离子浓度,获得了长的荧光寿命。     

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.     

Small bipolarons in the 2-dimensional Holstein-Hubbard model. I. The adiabatic limit

The spatially localized bound states of two electrons in the adiabatic two-dimensional Holstein-Hubbard model on a square lattice are investigated both numerically and analytically. The interplay between the electron-phonon coupling g, which tends to form bipolarons and the repulsive Hubbard interaction , which tends to break them, generates many different ground-states. There are four domains in the phase diagram delimited by first order transition lines. Except for the domain at weak electron-phonon coupling (small g) where the electrons remain free, the electrons form bipolarons which can 1) be mostly located on a single site (small , large g); 2) be an anisotropic pair of polarons lying on two neighboring sites in the magnetic singlet state (large , large g); or 3) be a “quadrisinglet state” which is the superposition of 4 electronic singlets with a common central site. This quadrisinglet bipolaron is the most stable in a small central domain in between the three other phases. The pinning modes and the Peierls-Nabarro barrier of each of these bipolarons are calculated and the barrier is found to be strongly depressed in the region of stability of the quadrisinglet bipolaron. Received 10 December 1998     

Zn,Cr∶LiNbO3单晶的坩埚下降法生长及其荧光光谱

通过选择合适的化学原料（Li2O∶48.6mol%, Nb2O5∶51.4mol%）、控制生长速度（<3 mm/h）及固液界面的温度梯度（20~40℃/cm）与温场，用坩埚下降法成功地生长出了Zn、Cr双掺杂初始浓度分别为3 mol%、0.1 mol%,以及6 mol%、0.1 mol%的大尺寸铌酸锂晶体.生长的晶体无宏观缺陷,在He-Ne激光的照射下，无散射中心.测定了晶体的宽带荧光光谱（700~1200nm）及R带（710~740nm）的精细变温光谱.这些R带的光谱线由Cr离子所取代的Li(Cr3+Li)与Nb(Cr3+Nb)的发光中心以及声子辅助吸收所致.     

In:Fe:LiNbO3晶体的全息存储性能研究

在ＬｉＮｂＯ３中掺进Ｉｎ２Ｏ３和Ｆｅ２Ｏ３用恰克拉斯基法生长ｎ：Ｆｅ：ＬｉＮｂＯ３晶体,测试表明,Ｉｎ：Ｆｅ：ＬｉＮｂＯ３晶体抗光致散射能力高,响应速度快,存储保存时间长。研究了Ｉｎ：Ｆｅ：ＬｉＮｂＯ３晶体全息存储性能的机理,测得的衍射效率最大值为７３％。     

Preparation and holographic storage properties of tri-doped Mg:Mn:Fe:LiNbO3 crystals

Doping MgO, MnO and Fe₂O₃ in LiNbO₃ crystals, tri-doped Mg:Mn:Fe:LiNbO₃ single crystals were prepared by the conventional Czochralski method. The UV-vis absorption spectra were measured and the shift mechanism of absorption edge was also investigated in this paper. In Mg:Mn:Fe:LiNbO₃ crystal, Mn and Fe locate at the deep level and the shallow level, respectively. The two-photon holographic storage is realized in Mg:Mn:Fe:LiNbO₃ crystals by using He-Ne laser as the light source and ultraviolet as the gating light. The results indicated that the recording time can be significantly reduced for introducing Mg²⁺ in the Mg:Mn:Fe:LiNbO₃ crystal.