令人瞩目的光折变材料——钛酸钡晶体

 1988年12月6日,中国科学院物理所生长的钛酸钡（BaTiO₃）晶体通过院级鉴定（见封2照片）.不少美、日等国外有关部门已开始向物理所订货,目前,这种晶体在国际市场的价格是每克四千到五千美元,即购买一块与指甲差不多大小的晶体,约需化费四千美元.为什么如此昂贵的材料还这么抢手呢?其原因在于钛酸钡晶体是具有良好性能的非线性光学材料,无论从基础研究价值上还是应用前景上看,都有极为重要的意义.本文只就与这种材料的光折变性能有关的一些知识作一简介.     

光折变效应和BaTio3晶体

本文简要叙述了光折变效应的基本物理概念和它的特点，具体地介绍了光折变晶体ＢａＴｉＯ３的自泵浦位相共轭效应、两波耦合效应、光感生的光散射效应等主要物理特性，并给出了有关工作的最新实验结果．简析了光折变晶体的研究现状和今后发展趋势．     

光折变Ni：KNbO3晶体近红外波段自泵浦相位共轭特性的实验研究

在光折变Ｎｉ：ＫＮｂＯ３晶体中，在波长７２５ｎｍ处获得４３％的自泵浦相位共轭反射率输出，在波长８３１．４ｎｍ处共轭反射率仍可达１％。     

Ce：BaTiO3晶体自泵浦相位共轭特性和机理研究

在Ｃｅ：ＢａＴｉＯ３晶体中，实现了受激折变散射自泵浦相位共轭，给出了其自泵浦相位共轭形成的特点以及相位共轭波输出特性。比较了不同波长的入射光对自泵浦的形成特点和共轭波输出特性的影响。     

有偏压中心对称光折变晶体中的屏蔽孤子

给出了中心对称光折变晶体中屏蔽孤子的高阶空间电荷场.当高阶项可以忽略时,这个电荷场就变为早前在中心对称光折变晶体中研究的屏蔽孤子的空间电荷场.研究了中心对称光折变晶体中屏蔽孤子的高阶非线性波动方程.在适当的条件下,这个非线性波动方程能够展示明暗空间光孤子.这类晶体不同于非中心对称晶体,其非线性折射率的改变来源于二次电光效应,而不是一般的线性电光效应.应用光束传播的方法,对这些孤子的稳定性进行了讨论.表明在小的微扰下这类孤子是稳定的,不会发生分裂.     

光折变效应和带输运模型

由于光折变效应的光学非线性与光强无关，因而在低功率激光作用下也会产生显著的光学非线性效应．同时光折变效应具有非局域响应性，这导致光耦合的光能不可逆转移．这为通过非线性作用放大信号光提供了一种新途径．由于这些特性，自１９６６年发现光折变效应以来，它一直是非线光学领域内较为后跃和引人注目的研究课题，其应用也十分广泛．本文介绍了描述光折变效应的Ｋｕｋｈｔａｒｅｖ带输运模型，并从Ｋａｋｈｔａｒｅｖ方程出发讨论了在稳态条件下的光折变性质，说明光折变效应的起因．     

掺铜钾钠铌酸锶钡晶体自泵浦相位共轭研究

用掺铜钾钠铌酸锶钡晶体制成猫式(cat)自泵浦相位共轭器,共轭光反射率高达63%.增加掺铜量,晶体在红光波段效应增强.本文研究了掺杂浓度、激光波段与该器件性能的关系.     

光折变晶体作为相衬滤波器的研究

报道了利用各种不同的光折变晶体作为位相滤波器，实现位相型物体的可见和振幅型物体的对比度周期性反转等结果，并给出了统一的理论分析。     

光折变明孤子的自偏转演化特性

利用一维稳态光折变空间光孤子的统一理论，研究了负载电阻对屏蔽、光伏和屏蔽光伏明孤子自偏转特性的影响。结果表明，无论加载电阻与否，这三种类型的光折变明孤子具有类似的自偏转特性，即孤子波沿一个抛物线轨迹运动。调节负载电阻可以改变孤子的偏转幅度，其中屏蔽光伏明孤子的可调范围最大。     

掺杂光折变LiNbO3晶体光伏效应特性

用前向二波耦合实验方法，对几种掺杂的LiNbO3晶体的光折变性质中出现的光伏现象进行了研究。在双掺杂的Ce：Fe：LiNbO3晶体中得到强纵向光伏效应，该效应可以对衍射效率产生59．7％的调制；在单掺杂的Ce：LiNbO3和Zn：LiNbO3等晶体中，得到由横向光伏效应产生的偏振态记录光栅。     

光折变晶体中二波耦合光强依赖现象和各向异性热透镜效应

实验发现,掺Ce离子的光折变晶体KNSBN中二波耦合光强依赖现象和各向异性热透镜效应有共生关系.光吸收引起晶体温升乃至引起.光折射率的增加是产生这种现象的主要原因. 关键词：     

光折变晶体(BaSr)TiO3感应自泵浦相位共轭及光学双稳的理论分析

给出光折变晶体感应自泵浦相位共轭的一种理论解释，利用数值计算求解相应的耦合波方程，得出感应自泵浦相位共轭光与诱导光之间在一定条件下所呈现的双稳关系以及可逆尖和不可逆感应的特性，其分析结构与笔者先前得到的实验结果吻合。     

光折变空间光孤子的顶侧面观测法

基于CCD图像采集技术与计算机软件处理技术，提出了空间光孤子的顶侧面观测法.此方法能够非常直观地显示出光孤子在晶体内部传输时，在水平及垂直方向上不同位置的轮廓图.用这种方法观测到了KNSBN晶体中的二维光伏明孤子，观测结果与理论模拟结果相一致.     

光折变晶体钛酸钡锶电荷传输参数的测量

报道用两波耦合技术测量光折变晶体钛酸钡锶(Ba_(1-x)Sr_xTiO-3,BST)的电荷传输参数φμτ在激光波长λ=515nm和光功率密度I—1W/cm~2下测得光折变响应时间为0.5sec.考虑到BST晶体吸收系数的光强相关性,修改了光栅形成率的函数变量,得到BST晶体的暗电导σ_a和电荷传输参数φμτ的拟合值分别为1.0×10~(-11)(Ωcm)~(-1)和2.8×10~(-10)cm~2/V.     

光折变晶体中光互联的研究

对光折变晶体中的光互联进行了研究，提出一种利用桥式互泵浦位相共轭器在同一种光路下实现光开关、广播式、合成式及点点式光互联的方法，同时研究了利用光折变两波耦合进行光互联的强度和时间特性     

光折变晶体的热透镜效应

通过对光折变晶体的热透镜效应的理论分析发现,光通过光折变晶体时,只有在晶体发生双折射的前提下,才能发生热透镜效应。并指出,晶体内存在的由热效应引起的横向各向异性温度梯度仅是产生热透镜效应的一个方面,而“光阻”则是产生光折变晶体热透镜效应的另一个原因,从而丰富了光折变效应的内涵。     

光折变两波耦合对光扇开效应的抑制作用

以多个两波耦合（ＴＷＭ）相位栅模型建立了考虑光扇开效应后的动态两波耦合方程，通过数值求解揭示了在大信号两波耦合对光扇开效应的抑制作用和在小信号下光束扇开损耗对两波耦合影响的规律，并进行了相应的实验研究。     

线性电介质和中心对称光折变晶体界面表面波的研究

报道了中心对称光折变晶体与线性电介质界面表面波的形成及能量变化. 通过调节传播常数和波导参数的方法,可以得到非局域、振荡、局域三种类型的表面波. 波导参数和传播常数之差大于阈值时,线性电介质和中心对称光折变晶体界面可以形成局域表面波. 波导参数为正值时,局域表面波主要聚集在中心对称光折变晶体内,随着传播常数的增大,波能量随之单调递增,表面波可以稳定传播. 在给定的条件下,调节决定非线性作用强度的可变参量可以控制局域表面波模的阶数和传播波形. 关键词： 非线性光学 中心对称光折变晶体 表面波     

热自聚焦诱导光折变非对称自散焦

用波长为５３２ｎｍ的高斯光束入射到掺杂的ＫＮＳＢＮ晶体中，对足够大的光强，观察到由热自聚焦效应诱导产生的光折变非对称自散焦．非对称自散焦的空间分布与性质都有别于噪声受激放大．它对自泵浦相位共轭无甚贡献．对开始产生非对称自散焦时晶体中光束的直径作出估计 关键词：     

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。