（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％。     

(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°。     

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。     

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.     

采用紫外光提高双掺杂铌酸锂晶体中全息记录的灵敏度和光栅强度

提出了一种在双掺杂铌酸锂晶体中用调制的双紫外光进行非挥发全息记录的方法。与通常的用紫外光敏化的非挥发全息记录相比,这种方法可以大幅度地提高光栅强度和记录灵敏度。联立双中心物质方程和双光束耦合波方程,数值分析了光栅强度和衍射效率随时间的变化并讨论了掺杂浓度和记录光强对紫外光非挥发全息记录机制下光折变效应的影响。研究发现,紫外光记录得到的深浅中心的光栅具有相同的相位,总的光栅（深浅中心光栅的叠加）强度为两光栅强度之和,固定过程中深中心的光栅得到增强;增大深浅中心掺杂的浓度可以提高光栅强度,增大记录紫外光的光强可以增加光栅的强度和记录灵敏度。理论模拟可以证实并预测实验结果。     

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.     

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.     

光色效应(Fe,Mn)\:LiNbO3晶体非挥发性全息存储中自衍射效应的实验研究

在双掺杂 (Fe ,Mn)…LiNbO3 晶体光色效应非挥发性全息存储实验中 ,观测到光束耦合作用导致的自增强和自衰减效应。根据这种自衍射效应 ,归纳了四种记录和光固定实验组合方案。实验结果表明 ,在记录和光固定过程中利用自增强效应得到的最高衍射效率为利用自衰减效应得到的衍射效率的两倍左右 ,说明在实际应用中必须考虑和利用自增强效应。     

光色效应（Fe,Mn）：LiNbO3晶体非挥发性全息存储自衍射效应的实验研究

在双掺杂（Fe,Mn):LiNbO3晶体光色效应非挥发性全息存储实验中,观测到光束耦合作用导致的自增强和自衰减效应,根据这种自衍射效应,归纳了四种记录和光固定实验组合方案,实验结果表明,在记录和光固定过程中利用自增强效应得到的最高衍射效率为利用自衰减效应得到的衍射效率的两倍左右,说明在实际应用中必须考虑和利用自增强效应。     

Material optimization for low scattering noise during nonvolatile holographic recording in doubly doped LiNbO3 crystals

Scattering noises in four kinds of lithium niobate crystals with the same double doping system, which are LiNbO3:Fe:Mn, LiNbOs:Ce:Mn, LiNbOs:Ce:Cu, and LiNbOs:Fe:Cu, are observed and compared experimentally. The results show that nonvolatile holographic recording can effectively suppress scattering noise, which mainly depends on recombination coefficients of both the shallower centers and the deeper centers. The small recombination coefficients of the shallower centers and the large recombination coefficients of the deeper centers benefit the amplification of the signal gratings and the suppression of the noise gratings.In addition, the initial seed scattering also impacts the recorded scattering noise, and the little seed scattering results in low scattering noise. The theoretical simulations are performed for confirmation. Among the four kinds of doubly doped crystals, in LiNbOs:Ce:Cu the performances of nonvolatile recording are the best with low scattering noise and high diffraction efficiency.     

Study of near-infrared nonvolatile two-center holographic recording in LiNbO3:Fe:Rh crystal

The near-infrared nonvolatile holographic recording has been realized in a doubly doped LiNbO₃:Fe:Rh crystal by the traditional two-center holographic recording scheme, for the first time. The recording performance of this crystal has been investigated by recording with 633 nm red light, 752 nm red light and 799 nm near-infrared light and sensitizing with 405 nm purple light. The experimental results show that, co-doped with Fe and Rh, the near-infrared absorption and the photovoltaic coefficient of shallow trap Fe are enhanced in this LiNbO₃:Fe:Rh crystal, compared with other doubly doped LiNbO₃ crystals such as LiNbO₃:Fe:Mn. It is also found that the sensitizing light intensity affects the near-infrared recording sensitivity in a different way than two-center holographic recording with shorter wavelength, and the origin of experimental results is analyzed.     

敏化光波长对(Fe,Ni):LiNbO3晶体全息记录性能的影响

分别采用514 nm绿光、488 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.     

Nonvolatile photorefractive properties in triply doped stoichiometric Mg：Fe：Mn：LiTaO3 crystals

We have grown triply doped Mg:Fe:Mn:LiTaO3 crystals with near stoichiometry using the top seeded solution growth technique. The defect structure was investigated by infrared absorption spectra and Curie temperature. Using a blue laser as the source, excellent photorefractive properties were obtained. Nonvolatile holographic storage properties were investigated using the dual wavelength technique. We got a very high fixed diffraction efficiency and nonvolatile holographic storage sensitivity. The blue light has more than enough energy to excite holes of deep(Mn) and shallow(Fe) trap centers with the same phase, which enhance dramatically the blue photorefractive properties and the nonvolatile holographic storage. Mg2+ ion is no longer damage resistant at blue laser, but enhances photorefractive characteristics.     

LiNbO3∶Cr∶Cu晶体吸收特性及非挥发全息存储研究

研究了LiNbO3∶Cr∶Cu晶体的吸收特性,发现LiNbO3∶Cr∶Cu（含0.14 wt.% Cr2O3 和 0.011 wt.% CuO）晶体存在两个明显的吸收峰,中心波长分别位于480 nm和660 nm; 随着Cr的含量逐渐减小,Cu的含量逐渐增大,短波段不存在明显吸收峰,掺Cr的含量越大,中心波长在660 nm处的吸收越大；633 nm红光虽然位于中心波长为660 nm的吸收峰内,但它无助于光折变过程.分别采用390 nm紫外光和488 nm蓝光作为敏化光,514 nm绿光作为记录光的记录方案,实现了非挥发全息记录,掺入适量的Cr( 比如NCr=2.795×1025 m－3,NCr/ NCu=1)有助于全息记录性能的提高.     

第一性原理下铜锰共掺铌酸锂晶体的电子结构和吸收光谱

采用基于密度泛函理论的第一性原理研究了Cu、Mn单掺及共掺LiNbO3晶体的电子结构和光学性质.结果显示,Cu、Mn掺杂LiNbO_3晶体禁带中的杂质能级分别由Cu 3d轨道、Mn 3d轨道贡献;各掺杂体系的带隙均较纯LiNbO_3晶体变窄.共掺晶体中Cu离子形成了较单掺时更浅的能级中心,并在2.87eV处有较强的吸收峰;Mn离子在1.73eV附近的吸收较单掺时减弱且中心略有偏移,在2.24eV处的非光折变峰与Mn~(3+)相关,这对吸收峰的变化被认为与Cu、Mn间电子转移相联系.相对Cu、Fe共掺LiNbO_3晶体,Cu、Mn共掺LiNbO_3晶体可以通过适当提高Cu离子浓度,来改善存储参量中的动态范围和记录灵敏度.由于同一深能级掺杂离子伴以不同浅能级掺离子将呈现出不同的吸收特征并影响存储性能,在共掺离子的配搭选择时对各待选配搭的模拟计算非常必要.     

双掺杂铌酸锂晶体中体全息记录的振荡特性研究

分析了双中心记录初始阶段振荡现象的产生机制,研究了晶体掺杂浓度和记录光与UV光的束比对记录初期阶段振荡特性的影响.结果表明,振荡现象可以归因于记录介质双能级中心深浅能级电子数平衡分布的改变.在浅能级掺杂浓度较小的晶体中记录时,振荡强度较大;记录光与UV门光束的光束比越大,振荡持续时间越短.