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.     

光强对(Cu,Ce)\:LiNbO3晶体非挥发性全息记录性质的影响

实验研究了 (Cu ,Ce)…LiNbO3 晶体用蓝光敏化红光全息记录的光强对记录灵敏度和饱和衍射效率的影响。敏化光增加了记录灵敏度 ,足够高的光强将导致灵敏度的饱和行为。记录光以亚线性的关系Ixr(x <1)增大记录曲线 η1/ 2 t初始记录阶段的斜率 ,因而降低了记录灵敏度。饱和衍射效率对记录光和敏化光光强的依赖关系表明了存在饱和衍射效率的极大值     

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。     

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365nm和633nm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5．0×10^25m^-3，深能级掺杂浓度为3×10^24～3×10^25m^-3之间的弱氧化晶体是合适的。     

(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％。     

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。     

双掺杂LiNbO3微观光学参量对衍射效率的影响

通过联立两中心带输运物质方程和双光束耦合波方程,建立了双掺杂LiNbO3晶体采用双色光(紫外敏化光和HeiNe记录光)实现非挥发性全息存储的动力学模型。理论上分析了深、浅两杂质中心的微观光学参量(包括敏化光的深中心和浅中心光激发系数、记录光的浅中心光激发系数以及深中心和浅中心的电子复合系数)对记录饱和衍射效率和固定衍射效率的影响。数值计算表明,在双掺杂LiNbO3晶体的非挥发性全息存储中,为了得到高的固定衍射效率,应该选择复合系数较大、记录光激发系数较高、敏化光激发系数较低的浅杂质中心以及敏化光激发系数较高、复合系数最佳的深杂质中心。     

光色效应双掺杂(Fe,Mn)vLiNbO_3的光折变全息存储

采用双掺杂（Ｆｅ, Ｍｎ）ｖＬｉＮｂＯ３ 晶体实现了光色效应光折变全息, 实验上着重研究了不同氧化／还原状态晶体全息存储性能, 结果表明, 只有晶体具有较高的氧化程度才能实现全息的长期存储, 与理论分析一致。     

光色效应双掺杂(Fe,Mn):LiNbO3的光折变全息存储

采用双掺杂（Ｆｅ,Ｍｎ）：ＬｉＮｂＯ３晶体实现了光色效应光折变全息,实验上着重研究了不同氧化／还原状态晶体全息存储性能,结果表明,只有晶体具有较高的氧化程度才能实现全息的长期存储,与理论分析一致。     

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.     

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.     

Intensity dependence of two-center nonvolatile holographic recording in LiNbO3:Cu:Ce crystals

Nonvolatile photorefractive gratings have been recorded in LiNbO₃:Cu:Ce crystals by using a He–Ne laser (633 nm) for recording and an argon ion laser (458 nm) for sensitizing. The sensitizing light increases the recording sensitivity by a−bexp(−I_s/c) and saturation behavior will appear with high enough intensity of sensitizing light. The recording light increases the slope of η^1/2 as a function of time during the initial stages of hologram formation by sublinear I^x_r (x<1) and thus the recording light decreases the recording sensitivity. The dependence of saturation diffraction efficiency on the intensities of the recording and sensitizing light shows that there is a maximum dynamic range of the recording process.     

90°全息记录衍射效率分析与提高

对光折变全息记录特别是双中心全息记录中90°记录结构下较低的衍射效率进行了研究,采用局域衍射理论对90°记录结构的衍射进行了分析,表明在同样的折射率变化和2 mm的光束宽度的情况下,只有当折射率光栅振幅大于10^-4时,90°记录结构衍射效率才能够与小角度透射记录结构的衍射效率大致相当。针对环境干扰导致的干涉条纹振动影响光栅记录,提出了有效调制度概念,根据分析90°记录结构的干涉条纹间距很小,容易受外界环境干扰而导致低的折射率变化率,因此应采用主动条纹锁定系统。此外在双中心全息记录中,微观光学参量的优化对衍射效率影响也很重要。     

Comparison of two-color holography among different doped LiNbO3 crystals at low intensities

The effects of material and experimental parameters on the nonvolatile two-color holographic recording space charge field and sensitivity for different doped LiNbO₃:Fe crystals have been studied theoretically based on a two-center model. When the direct electron transfer between the deep-trap centers and the shallow-trap centers was considered, the near-stoichiometric LiNbO₃:Fe is confirmed theoretically to be of bigger space charge field and higher recording sensitivity than the LiNbO₃:Fe:Mn and LiNbO₃:Cu:Ce in the low intensity region. A further improvement of the recording sensitivity can be achieved by doping concentration, thermal reduction treatment of Fe, appropriate gating and recording wavelengths with large photo-excitation cross sections.     

Defect structure and nonvolatile hologram storage properties in Hf:Fe:Mn:LiNbO3 crystals

A series of Hf:Fe:Mn:LiNbO₃ crystals with various levels of HfO₂ doping were grown by Czochralski technique. The infrared spectra and ultraviolet spectra were measured and discussed to investigate their structure and defects. The optical damage resistance was characterized by the transmitted beam pattern distortion method. The nonvolatile two-color holographic recording experimental results showed that the recording speed was faster with the increase of HfO₂ doping concentration and at the same time little loss of nonvolatile diffraction efficiencies could be achieved.