掺杂铌酸锂晶体中弱光非线性光学效应及其应用的研究（已处理）

掺杂铌酸锂晶体中弱光非线性光学效应及其应用的研究（已处理） 掺杂铌酸锂晶体中弱光非线性光学效应及其应用的研 究 南开大学 硕士学位 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 掺杂铌酸锂晶体中弱光非线性光学效应及其应用的研究 姓名:乔海军 申请学位级别:硕士 专业:凝聚态物理 指导教师:许京军;张光寅 20030420南开大学博士学位论文 要 摘 铌酸锂晶体是一种优良的人工晶体,它具有很多重要的性质如经典的电光效 应、 声光效应、热电效应、压电效应、弹光效应、光折变效应等等,而且在这些 方面几乎 都有很重要的应用。最近几年发展起来并迅速成为研究热点的全息非挥发性 存储技术、 准相位匹配周期极化铌酸锂晶体、波辐射的产生和控制等几乎都离不开铌酸 铿晶体。更为重要的是,铌酸锂做为一种“光学硅”材料的有力竞争者,在集 成光学、 传统光波导、光通讯用器件等方面也扮演着重要的角色。 然而,尽管人们已经研究过铌酸锂的性质那么多年,但是由于其内部缺陷结构的 特殊性和复杂性,人们很多对于其微观结构及其与宏观性质联系的认识上仍然处在猜 测的阶段,严重影响了铌酸锂晶体的应用。本论文在铌酸锂晶体中发现了一些新的光 学效应,尤其是很少研究的紫外波段的弱光非线性光学效应,借以此来研究其尚未确 定的缺陷结构,力争对铌酸锂晶体的微观结构有更为深入和准确的认识:另一方面, 我们也通过对这些铌酸锂中弱光非线性光学新效应性质的研究,对进一步开发铌酸锂 晶体的重要应用提出了新思路和新建议。 第一章综述了耳前铌酸锂晶体的缺陷结构模型理论,光折变效应的微观 机制 综治信访维稳工作机制反恐怖工作机制企业员工晋升机制公司员工晋升机制员工晋升机制图 ,以 及铌酸锂晶体的弱光非线性光学性质及其应用。 第二章系统介绍本论文所采取的实验方法和基本理论。 第三章系统研究各种掺杂铌酸锂晶体的弱光非线性光学效应尤其是光折变效应的 性质,并做了初步的应用尝试。我们在紫外光折变效应方面最新研究结果表 明,以前 公认的通过掺入镁锌铟等杂质可以提高铌酸锂晶体的抗光折变能力这~观点在紫外条 件下不再成立,恰恰相反,这些掺杂的铌酸锂晶体是优良的紫外光折变材料:经过我 们反复验证,得出紫外光下这些掺杂铌酸锂主导载流子为电子的结论,推翻了以前公 认的紫外光下掺镁锌铟晶体的主导载流子为空穴的论断;深入研究了掺杂铌酸锂晶体 的光散射,通过对比试验澄清了抗光折变与抗光损伤这两个不同的概念:利用高掺镁 铌酸锂紫外光放大效应成功实现了背向散射共轭波的输出。 第四章结合上述紫外光折变效应的结果,以及掺锌铌酸锂晶体光致变色效应的行 为,详细分析了掺杂铌酸锂晶体的缺陷结构,对与试验有关的缺陷结构做了细致的讨 论,我们认为激子结构是最有可能的紫外光折变中心; 第五章主要介绍我们首次在铌酸锂晶体中实现多功能集成方面的有益尝试,通过南开大学博士学位论文 简单的设计实现了在一块铌酸锂晶体中同时实现光束分裂、偏转、光栅 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 等功能, 审稿 并首次发现了“自相干”效应;并对此过程做了理论上的分析。 人认为这个尝试将对光学社会产生特别的兴趣。 第六章着重介绍了我们发现的紫外光折变增强效应的可能应用,尤其是已采 用我 们发现的效应的应用情况,并对目前研究中存在的问题和解决方法提出可行 性分析, 最后对该方向的深入研究及其应用进行了展望。 关键词:掺杂铌酸锂,紫外,弱光非线性,缺陷结构,集成南开大学博士学位论 文, , , ,,, 阳 . :. 坞 . ? , , : ,, ., ”, ” , , . , 『巾 , .七. 廿 , . ., 。 ., , . . . : // .; 龟七 , ~ ;. ,;仟 . ?曲 仃 . , ,七. .” “ 一?南开大学博士学位论文 . , , ,, ” 。 ” 脚气, 。 . , 。: ??第一章铌酸铿晶体及弱光非线性光学效应 第一章铌酸锂晶体及弱光非线性光学效应 铌酸锂是一种研究非常广泛的人工晶体,单晶可以用提拉法生长 得到。铁电相铌酸锂是现在已知居里点最高?和自发极化最大室温时约 ./的铁电体,其铁电相点群为。铌酸锂晶体具有很多优异的光学和非线性光 学性质,在电光、开关、倍频、光波导、全息存储、准位相匹配等方面都有 广泛的应 用前景。总言之,铌酸锂晶体是一种非常重要的非线性光学材料。 年贝尔实验室的等人观察到当一束聚焦蓝色或绿色激光辐照到铌酸锂 ,和钽酸锂,晶体上时,透过光束发生了畸变,说明聚焦辐照区的折射率 发生了变化,他们称这种现象为“光损伤”。并认为这种“不受欢迎”的现象 影响 了这两种晶体在非线性光学中的应用。两年之后,他们意识到这种“光损伤” 在光学 数据存储中可能有比较重要的意义,重新命名这个效应为“光折变效应” ,这个名称一直沿用至今。光折变效应是一种复杂的非线 性光学效应,后来人们发现这种光折变效应并不需要很高的光强,用弱激光束照射晶 体同样可以显示出可观的非线性效应。这一结果无疑为非线性光学研究及应用提供了 更加广阔的领域,光折变效应本身也成为弱光非线性光学领域非常重要的研究对象。 到目前为止,人们对铌酸锂晶体的弱光非线性性质研究已经开展了多年.取得 到了很多重要的研究成果,现在人们已经可以通过掺杂、后处理等方法来调控铌酸锂 晶体各方面的性质,但是它的真实微观结构理论还依然没有定论。性能是与结构是密 不可分的,换句话说。要想做到游刃有余地使用一种材料,必须首先弄清它的礅观结 构,所以关于铌酸锂晶体的微观结构尤其是缺陷结构的研究仍然非常必要。同时,铌 酸锂晶体本身又具有众多的非线性光学性质,已经成为人们公认的研究非线性光学的 一种“模型”材料,很多在铌酸锂晶体中所取得的研究结果已经成为弱光非线性光 学的一部分,对铌酸锂晶体这些方面性质的研究对弱光非线性光学学科本身也具有重 要的意义。 在过去的近年的研究中,人们也陆续发现了其他众多的具有光折变效应的材料, 并且做了很多应用上的尝试。光折变材料的种类从普通无机电光晶体如钛酸钡 ,、硅酸铋,:,、铌酸锶钡、.钾钠铌酸锶钡::等, 到半导体材料砷化镓、磷化锌,甚至在有机聚合物中也发现了这堕堑茎兰苎主兰堡堡苎~?? 种效应。光折变效应在非线性光学,包括高密度信息存储、光学图象复原、动态 光栅、光学计算等方面有很广泛的应用前景。光折变的应用当然离不开光折变材料, 上述的几种基本都需要光折变材料具有高光折变灵敏度、大的动态范围、高衍射效率 和高的空间分辨率。这些材料中,铌酸锂晶体表现出比较强的竞争力,是一种非常有 发展前途的材料,不过铌酸锂的灵敏度比较低,所以研究如何提高铌酸锂晶体的响应 速度是~个比较重要的方向,本文也会有一部分关于这方面的论述。 ?.弱光非线性光学及光折变效应 弱光非线性光学效应因为不要求高光强,以及非局域响应的性质,对于实际应用有 重要的意义。而光折变效应是弱光非线性光学效应领域研究最多、应用最广泛的一种 效应,我们也将侧重于这方面的工作。 光折变效应是光致折射率变化的简称,到年代初,人们对光折变效应的宏观动 力学基本过程的理论框架已经基本建立起来。一般来说,光折变效应基本过程 可描述如下几个阶段: 光折变材料中存在着某些杂质或缺陷,它们充当电荷的施主或受主,当晶体 在调制光辐照的时候,杂质或缺陷上的电荷由于受光激发进入导带或价带, 在导带的电子或者价带中的空穴由于浓度梯度而扩散,或由于外加电场丽漂 移,或由于光生伏打效应而运动: 上述的光生载流子可以被受主俘获。这样,电子或空穴由于光激发,迁移, 最后被俘获而使这些杂质或缺陷上的电荷分布发生了变化,形成了与辐照光 强相对应的空间电荷分布,从而产生相对应的空间电荷场: 空间电荷场通过电光效应使材料的折射率发生调制变化,这就形成了光折变 体相位栅,这个相位栅可以对入射光产生衍射,衍射服从普通体光栅衍射的 理论。 光折变材料中被光激发的电荷光生载流子,可以通过扩散、外场作用下的漂移以 及光生伏打电流进行迁移。在不同材料中三种迁移方式的贡献是不同的.特别的在铌 酸锂中,一般认为光生伏打效应最为重要。对于整个光折变过程,从光入射到空间电 荷场的形成,通常可以用带输运模型来描述。带输运模型是一个成功的模型,它 从年报道的单中心~模型??曾经很成功解释了掺铁与掺铜铌酸锂晶体的第一章锟酸锂晶体及弱光非线性光学效应 光折变效应,到后来的电子空穴竞争以及双中心模型.发展到三价能级模型 【?,现在又有非挥发存储能级模型被提出来。从带输运模型的推导过程可以 很明显看出,光生载流子的三种迁移机制对光折变位相栅的影响是非常大的,主要体 现在位相栅相对于辐照光的空间相位移动??对应于局域或者非局域的响应。不考虑 加外场的情况对应我们的试验情况,对铌酸锂晶体而言,影响其总空间电荷场的因 素可以分为如下几个:扩散场/;光伏场己/:饱和场。/,稳态 空间电荷场 . 耻一辨歪云? ?。 该空间电荷场相对于光强干涉条纹的空问相位移 . . 妒:石一。??生竺。舞;?堕竺 。 从两得到位相栅为 . 一?聆:彬。 其中是位相栅的空间频率,为电导率,称为有效载流子密度.它由电荷形 成的场需要服从泊松方程得来,它描述在一定条件下光折变材料所能提供的载流子的 极限,玎是有效电光系数,和分别是施主和受主的数密度。由..式不 难看出位相栅的相位移由形成空间电荷场载流子的运动过程以及有效电光系数的符号 有关。如果有效电光系数盯为正,由纯扩散形成的位相栅的相移是以和/,分别 对应光生载流子为电子或者空穴,而由漂移和光生伏打效应形成的位相栅的相移是? 或。 光折变材料的一个重要应用是双光耦合放大,它允许光能从泵消光向信号光转移, 这种高增益性能在信号放大以及光学振荡具有极大的应用价值,同时光折变材斟的这 一特性也成为其光折变性质的重要表征,我们通过研究其光放大的性质可以获取很多 关于这种材料的重要信息。当两束相干光波在光折变材料中耦合时,它们相 干形成调 制的光强分布,经过光折变效应在晶体中写入体相位光栅。体相位栅可以对 写入光束 发生布拉格衍射,这种“自苻于射”过程由非线性波耦合理论描述。我们考 意简并二波 混频情况,这也是我们试验中所采取的配置。南开大学博士学位论文 如图,所示,设入射到光折变晶体上的两柬相干光波为平面波,频率均为 波氏分别为,,,则总光场写为 / \ 个 ‘\. 、/ 也 、 , 夕 /\ \ 图.光折变晶体的双光耦合配置示意图 ?】彳 ?】 . 光强分布为 ,厶 静 . 调制光强形成的折射率的调制变化,折射率分布为 。 %华一胁冬一,妒掣.施 . 这里妒是相位栅对于干涉条纹的空间相位移,疗由式 确定。将.和,代入 非线性波方程 . ?。 等 在振幅慢变化近似下,对于同一侧对称入射情况,可以得到耦合波方程 。 警舢小争第一章铌酸锂晶体及弱光非线性光学效应 .。 芸妥詈 其中复耦合系数 . 急伊 令光波复振幅? 一办,我们可以得到光强的耦合方程为 . ‘ 。 掣:一华一/ 出 , ‘ . ‘ 孕:华一 。 出 , 式中在是晶体对光波的吸收系数,称为光强耦合系数,由下式表示 . ‘ :?堕 ’ 由上式不难看出,当空间电荷场相对于光强调制的相位移舻为或时,此 时对应扩散机制,将发生最大的光强耦台,这在信号放大方面的应用尤为重 要,所以 人们总是想方设法使位相栅的相移接近或等于或州。从式.也容易看出纯粹 由光伏场形成的空间电荷场相移为【或,一般是得不到有效的光放大的。 如果光栅波氏的方向平行于铌酸锂晶体的轴,这时的有效电光系数约为, 查表我们知道铌酸锂晶体的电光系数张量的瑚分量为正。此时,若是有 ,那 么通过式.和.我们知道有,这时将发生光能从光束向光束的不可逆 的转移,即能量向晶体的一轴发生单方向转移。当伊时对应这种情况,由以上 分 析我们知道此时扩散过程的主导载流子为电子。同样可以推得,当主导载流 子为空穴 时,光能将向晶体的方向发生单方向转移。这种对应关系已经成为判断某种光折变 材料中的主导载流子类型的最简便方法。 除了上述通过电光效应得到折射率位相栅,还有其他的效应也可以对折射率产生 调制,虽然通常电光效应占主导地位。分析上可以视为这些效应构成了对有效电光系 数的修正即可,报道中有压电效应?、弹光效应、热光效应 等等。 由于有效电光系数修正项一般比较小,我们本文中将不考虑这些附加的影响。堕茎查兰兰主兰垒堡茎 一?? ?.铌酸锂晶体的缺陷结构 锟酸锂晶体是一种应用十分广泛的晶体,它具有各种优良的光学往质.包括压电 效应、弹光效应、声光效应、电光效应、光折变效应以及非线性参量放大与参量振荡 等,而且都占据比较重要的地位。所以在世纪光子学候选材料预测中,铌酸锂晶体 自然身列其中,甚至有“光学硅”的美誉。在英国《自然》杂志网站的 栏日里年月专门介绍铌酸锂晶体在非线性光学里的应用及其相关研究,称铌 酸锂为“最为成功的全能型非线性光学晶体”。 盈 。:。 ??????、????’。?一 图 铌酸锂结构示意图横线代表氧平面,实心为离子 半实心为离子 铌酸锂晶体之所以有众多的优异性能,是与其晶体结构密不可分的,下面我们回 顾一下现在人们铌酸锂晶体基本结构的认识。 铌酸锂晶体是对称性点群,分子式属于,型.但是其结构偏离了,的普遍 结构??钙钛矿型结构。铌酸锂晶体的特征结构为氧八面体以共面形式堆垛,金属离 子处于两个共面,面体的公共面中,而?都处于氧八面体中。顺电相时,和\ 分别位于氧平面和氧八面体中心,无自发极纯。铁电相时,和?均沿一轴发生偏 移,前者离开氧八面体的公菸面,后者离开氧八面体中,形成了沿轴的电耦极矩,第一章铌酸锂晶体及弱光非线性光学效应 即自发极化。如图.所示。 ?..铌酸锂晶体的本征缺陷 通常条件下的生长的铌酸锂晶体都处于缺的状态。即/.一致熔融 组分大约为/.。化学组分的铌酸锂晶体很难直接生长得到,不 过到目前为止,已经发展了三种方法可以得到近化学配比的铌酸锂晶体:一 种是汽相 输运平衡;一种是通过在熔融体中加 入高于%的助熔剂用普通提拉法生长;另外一种用双坩锅用提拉法 生长,要保持熔融体中/.左右。 图.铌酸锂晶体中本征缺陷示意图南开大学博士学位论文 由于严重偏离化学配比,同成分铌酸锂晶体的中势必存在数量巨大的本征缺陷, 要全面了解铌酸锂的性质,必须弄清研究这些本征缺陷。人们在这方面做了大量的工 作,有代表性的有氧空位模型、铌空位模型、锂空位模型,如图. 中所示。另外还有钙铁矿结构理论的提出,然而目前为止,在正常生长的铌酸锂晶体 中只发现微弱的类钙铁矿结构拉曼谱线与正常结构谱线共混,因此不能做为一种单独 的结构模型,我们在这里不予以过多的讨论。氧空位模型认为晶体表达式为 :。。,但是其推断的结果与晶体密度测量相反,而一般没有被采纳。铌 沁一 空位模型认为晶体表达式为沁。“。。;。开始的射线试验结果支持该模型, 但是现在越来越多的试验结果转向支持看起来更正确的锂空位模型。锂空位模型认为 晶体表达式为“,。。。,可以看出锂空位模型与铌空位模型都认为晶体中有反 位铌。的存在,只是电荷补偿机制不同而已,图.形象的表示了两种模型的补 偿机制,可以明显看出它们的区别。现在报道晶体谱、拉曼谱、中子衍 射和精细射线分析都倾向于支持锂空位模型。本论文也将采用锂空位模型进 行 讨论。 由于在同成分铌酸锂晶体中大量反位铌缺陷,在晶体中可以形成很多与光学 效应 有关的缺陷结构,目前认为比较重要的有下列几种: 阳离子空位附近的。 不管是锂空位还是铌空位,它们因为没有填充阳离子而显负电性,需要正电 荷来补偿.这可以通过在其附近的’俘获一个空穴形成一来实现。简言之, 是由晶体中的阳离子空位附近的旷在电离辐射下俘获一个空穴形成的, 和 首先在同成分纯铌酸锂中发现,他们在研究 中发现一个.的强烈的宽幅吸收带,他们认为该吸收带对应俘获的空穴 在等价的一离子间迁移。现在根据锂空位模型,所谓阳离子空位也就是 空位,最近被用来解释掺镁铌酸锂晶体中光致吸收现象。 我们现在知道,铌酸锂晶体中的载流子不止有电子还有空穴,离子及其俘 获空穴的发现给出了空穴存在的微观解释,并给出了施主中心的能级,这对 开发铌酸锂晶体的光折变效应以及更好的认识铌酸锂晶体无疑是重要的。 ?”小极化子 现在基本认为这种小极化予由反位铌俘获一个电子形成?。”,对立谱的第一 章铌酸锂晶体及弱光非线性光学效应 在同一试验中发现的。 线超精细结构,是与 当电子被分离子俘获并在其周围运动时,因为晶体有沿轴的自发极化, 形成了沿轴的自发极化电场,如图.所示,俘获的电子在这一电场中运 动时,出现在方向的几率大而一方向几率小,从而表现出一定的极性, 被称为小极化子。 ”小极化子的能级对应左右的宽吸收带,该结构对光折变全息存储 的研究与应用极为重要,近几年人们利用小极化子能级成功实现了非挥发双 光子存储。 。双极化子 双极化子由提出,他发现还原的同成分锟酸锂晶体在.附 近有一个宽幅的强吸收带,但是谱表明这个吸收带是无磁信号的,因此 不可能是单个小极化子。双极化子被描述为一个反位铌离子与一个正常位的 铌离子分别俘获一个电子形成,不过关于双极化予的成因目前详细的解释还 比较匮乏。 在加热或者小于的光照下,双极化子将被离解为小极化子,人们利用 双极化子的这种性质结合上面的小极化子能级,在纯铌酸锂中就可以实现非 挥发双光子存储。 ?..铌酸锂晶体的非本征缺陷 正因为纯锟酸锂中含有大量的本征缺陷,很多外加的杂质离子可以很容易的 掺入 铌酸锂晶体中而保持良好的晶体品质。通过多年的研究,人们发现通过掺入 合适的掺 杂离子可以形成对铌酸锂各种效应的精确调控,增强或减弱某个特征效应,以符合人 们应用的需要。这也是铌酸锂晶体有多姿多彩的应用的根源。~般现在认识到的掺杂 主要有以下凡类:一是可变价过渡金属离子诸如铁、铜、锰等可以在禁带中形成大量 缺陷能级而增强铌酸锂晶体的光折变效应:二是不变价金属离予诸如镁、锌、铟、钪 等可以大幅提高晶体的抗光损伤能力使褥晶体可以适应高光强下的应用;三是诸如钛 可以大幅提高铌酸锂的折射率从而在光波导制作方面有很重要的应用;四是诸如铕、 铒等稀土离子有丰富的谱线在发光光学方面研究较多。本文我们侧重研究第二类掺杂 的晶体,即所谓的抗光损伤掺杂铌酸锂晶体。 铌酸锂在倍频方面的应用,尤其是现在周期性极化铌酸锂在准相位匹配方南开大学博士学位论文 面的出色表现,促使人们提高这种材料的光损伤阈值。关于铌酸锂晶体的抗光损 伤方面的研究到现在已经有了多年,年首先报道掺镁超过.%的铌 酸锂晶体比未掺杂同成分晶体光损伤阈值提高了两个数量级,后来验证了 这个结果,年生长出同样抗光损伤的掺锌超过%铌酸锂晶体, 年和年分别有三价抗损伤的铌酸锂晶体掺钪、掺铟被和孔勇 发所报道,最近有报道说近化学配比掺镁晶体有比普通掺镁晶体更低的闽值,但 是其抗光损伤性能则可以提高个数量级?,更有提高个数量级的报道。 根据已有的报道,我们在这里归纳抗光损伤的铌酸锂晶体一般具有的宏观性质有: 当掺杂量达到闽值时晶体的抗光损伤能力大大提高: 晶体的光电导率得到极大的提高; 光折变响应速度很快; 与未掺杂同成分晶体相比,吸收边向短波方向移动; 与未掺杂同成分晶体相比,‘谱吸收峰发生明显的紫移,现在已成为检验抗 光损伤离子掺杂是否达到阈值的有效“光谱探针”。 上面的性质基本都被人们所发现并认可,不过与之有关的抗光损伤铌酸锂晶体的缺陷 结构模型还有很多方面仍处在争论当中。 铌酸锂晶体的光损伤现象的一个重要来源是晶体的光折变效应,但这并不是唯一 来源,还包括比如类透镜效应、光散射等其他方面的贡献,要抑制光损伤必须从各个 光损伤的来源进行全面的抑制。关于在可见光下抗光损伤的起因一般认为是通过掺杂 这些所谓抗光损伤离子,造成了晶体的电导率大大增加,从而大大降低了光伏场,同 时掺入的这些杂质一般占据位而把原先的反位铌推到正常位,使得原来的一些潜在 的施主或者受主如“等数目减少,也就减少了晶体内的有效载流子浓度,导致晶体的 饱和场降低,达到了抑制光损伤的作用?。 上面介绍可以看出,在铌酸锂晶体中掺入杂质离子的同时不仅带来了非本征缺陷, 也导致晶体本征缺陷结构的改变,这样在掺杂铌酸锂晶体中相互联系的本征缺陷与非 本征缺陷结构决定了这些晶体的基本性质。一般认为这些抗光损伤杂质离子进入铌酸 锂晶体的过程可以由下面方程式组描述以掺镁为例.在同成分未掺杂晶体中,根据 锂空位模型应该有 :。/。。。。。。, .第一章铌酸锂晶体及弱光菲线性光学效应 当浓度比较低时%,杂质离子首先取代反位铌离子形成电荷补偿仍由锂空 位。。完成 . 。。。。。。。。。。。: 当浓度进一步增加约%一.%,杂质离子在取代反位铌离子的同时还会发生如 下过程,即直接取代正常锂位的离子 . 。。,?。,。,,: 很明显,这将导致。的析出,导致晶体中/比的降低。当晶体中所有的反位 铌。。被取代完全,镁将开始占据位,这对应着一个阈值 ,我们 称之为第一闽值。需要提到一点,有人也认为镁离子直到取代完所有的反位 铌,才开 始取代正常位的锂离子,现在还没有定论。不过可以确定的是,在掺杂量比较 低的时 候只发生.过程,即镁离子只取代反位铌。 如果掺杂量继续增加约.%一%,镁占据铌位形成。,可以与形成的。 进行电荷补偿,但大部分镁离子仍然取代锂离子 。。。。。,。 。.。.,。/。,:: . 当掺杂量迸一步增加约%一%,越来越多的镁进入铌位,同时取代正常位的 铌离子和锂离子成为主要过程,晶体中的锂空位越来越少: . ~。.;。。.:。。。。,弧一; 当所有的锂空位都消失的时候,晶体中再无空位,此时也对应着一个阈值,我 们称之 为第二阈值。 这里我们需要着重指出晶体的润值含义,仍以掺镁为例。一般来说掺镁量是 否达 到第一阈值,最根本的判据是晶体抗光折变能力是否大幅提高二个量级以上,当然这 是从唯象上讲,另一个明显的现象是一谱吸收峰的紫移:。面从微观上讲。掺镁量 达到第一闽值时,则应当是镁离子开始占铌位,根据我们的理解,此时反位铌已经消 失,锂空位的数量恰恰在此时达到最大。继续掺镁,锂空位的数目将逐渐减少。当锂 空位完全消失时.则到达另一个阈值??第二阙值,此时掺镁铌酸锂晶体的抗光折变 能力空前提高。南开大学博士学位论文 ?.铌酸锂晶体弱光非线性光学效应的研究 铌酸锂晶体尤其是抗光损伤铌酸锂晶体在许多方砸都有重要的应用价值,搞清其 基本缺陷结构对人们应用这种晶体有重要的意义。同时即便到今天,人们对铌酸锂这 种优秀的非线性光学“模型”晶体的宏观光学性质的了解仍不尽全面,其中有很多新 效应等待人们发现并加以利用。本论文将对抗光损伤锟酸锂晶体的紫外光折变效应展 开系统的研究.一方面可以通过与可见光下铌酸锂晶体的光折变效应的对比, 能够为 铌酸锂晶体的缺陷结构提供~些重要的新线索,逼近人们对基本缺陷结构的认识:另 一方面可以发现铌酸锂晶体的一些新效应,为人们更好的应用铌酸锂晶体甚至开辟新 的应用领域提供试验依据。同时,我也尝试了综合利用一块铌酸锂晶体的各种性质, 以实现铌酸锂的“多功能”特性,并首次试验实现了这种集成的概念。 我们的研究主要针对以下几个方面开展工作: 掺杂铌酸锂晶体的紫外光折变效应性质 铌酸锂晶体的紫外光折变效应显示出与可见光的明显不同,紫外激光的高光 子能量可以激发更深层的能级上的载流子。也造成了铌酸锂晶体尤其是掺杂 抗光损伤铌酸锂晶体的紫外光折变效应的各种不同性质。因此,全面了解抗 光损伤铌酸锂晶体的紫外光折交效应性质是认识并利用这些特性和进~步 考察铌酸锂晶体的缺陷结构的必要条件。我们在第三章前半部分对各种不同 掺杂、不同/比的抗光损伤铌酸锂晶体的紫外光折变效应进行了细 致而全面的研究。这些结果丰富了我们对铌酸锂晶体的认识,将铌酸锂晶体 的应用拓展到紫外光波段,也为揭示铌酸锂晶体的基本缺陷结构提供了重要 的线索。也为以后倍频波长向更短的紫外努力提洪必要的信息。 掺杂铌酸锂晶体的前向和背向紫外光致光散射 光致光散射在光折变晶体中是很常见的一种现象,一方面它做为一种噪音来 源对铌酸锂等光折变材料的各种方面的应用有很大的负面影响,从另一方面 讲,它同时作为一种宏观效应综合体现晶体的各种性质,所以也是研究光折 变材料性质有力的工具。我们在第三章后半部分对掺杂铌酸锂晶体的前向和 背向光散射进行了总体的研究,结合在抗光折变铌酸锂晶体紫外光折变的结 果,分析了光散射的起因,澄清了前向光致光散射与类透镜效应两个物理过 第一章铌酸锤晶体及弱光非线性光学敢应 程,并对光致光散射的抑制或者利用提出了相应的建议。 铌酸锂晶体的缺陷结构 缺陷结构决定宏观性质,清楚的了解铌酸锂晶体的缺陷结构始终是科研工作 者梦寐以求的事情。反过来也一样,宏观性质暗示缺陷结构,对于宏观性质 的细致的对比研究将会获取大量与缺陷结构相关联的宝贵信息。在第四章中 我们通过得到的紫外光折变效应的结果,与可见光下结果进行对比研究,结 合紫外光致吸收效应的结果,联系掺杂晶体的基本缺陷,对可能的缺陷模型 逐一讨论,并提出了一种新的与紫外光折变效应有关的抗光折变掺杂铌酸锂 晶体的缺陷结构。 在一块铌酸锂晶体中同时实现多种功能 众所周知,铌酸锂晶体是一种多功能的晶体,而且它的很多物理性质在各自 方面都有重要的应用。然而现在的应用基本上只停留在应用其某一种功能, 而把可能附带发生的其他效应通通视为不怠因素。在第五章首次尝试用一块 掺杂铌酸锂晶体同时实现光束分离、偏转、并写入光折变光栅,发现了“自 相干”的现象,首次提出并实现了一种在铌酸锂晶体中集成多功能的概念。 童茎盔兰堕主兰竺堡苎?? 第二章试验理论及试验方法 针对本论文的研究 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 ,我们迸行了相应的试验工作。本论文的试验工作主要目 的在于获取铌酸锂晶体的光折变基本参数、获取铌酸锂晶体内部能级结构信息和获取 铌酸锂晶体基本配置以及基本光学参数。本章将介绍本论文实验工作中具体的试验方 法以及实验理论。 ?.光折变效应测量 本论文的一个非常重要的试验工作就是测量各种掺杂铌酸锂晶体的紫外光折变效 应基本特性。光折变效应的基本特性一般都体现在光折变位相栅的性质,所以研究铌 酸锂晶体中光折变位相栅是测量晶体光折变效应的最有效的方法。目前研究光折变位 相栅的最常用、最基本、通常也是最有效的方法就是双光耦合配置,通过两束干涉光 在晶体内写入光折变位相栅,然后在宏观上测定光折变位相栅的基本性质,就可以确 定光折变材料的很多参数,。我们在试验中也采用这种双光耦合配置。 我们在图,中表示出双光耦合的实验配置示意图。试验中我们选用激光器输 出的紫外光作为光栅记录光和擦除光。利用分光镜将原输出光束引出两束异常 偏振的两束记录光厶和矗,成一定角度从同侧入射到晶体上,使得两光在晶体中重合, 这样届和毛干涉形成紫外光强调制,可以通过光折变效应在晶体中记录光折变位楣光 栅。我们在写入过程中始终保持光栅波氏方向平行于晶体的轴,以应用铌酸锂的最 大电光张量元粥。同时从原光束引出第三束擦除光毛,经过扩束,从非布拉格匹配的 角度覆盖整个光栅记录区,以获得较为均匀的擦除光。擦除光如有两个作用,首先在 每次写入前,我们都先让这第三束光如先辐照晶体一段时间,清洗掉以前写入的位相 栅,以消除以前记录的光栅对下一次写入的影响:另外它充当均匀的擦除光,来考察 光折变位相栅的衰减特性。我们另外引入?激光器红光作为监测光,从严 格的布拉格角度入射,可以借助其衍射光来观测光折变位相栅的形成以及衰减的动态 过程。在整个试验过程中,我们把监测红光光强调到很低,因为我们研究的各种掺杂 铌酸锂晶体在的吸收系数都比较小,所以监测光不足以对光折变位相栅产生影 响。双光耦合试验均在室温下进行。第二章试验理论及试验方法 图.双光耦合的试验装置示意图,:半透半反镜;:反射镜 :扩束镜:卜:光电探测器::晶体样品 ?..衍射效率以及位相栅的动态测量 衍射效率是表征位相栅写入深度的一个重要参数。在衍射效率测量试验中我们采 用等光强写入,即调整两记录光坛和厶光强为基本一致,以获得最大的光强调 制度 关于办公室下班关闭电源制度矿山事故隐患举报和奖励制度制度下载人事管理制度doc盘点制度下载 。 在此过程中可以测得光折变光栅的基本参数比如衍射效率玑光栅衰减时间常数,同 时也可以由监测红光绘出光栅写入以及衰减等动态过程,另外可以通过简单推导得出 光折变灵敏度、动态范围/等应用方面的重要参数。 当记录过程达到饱和时,遮住其中一束记录光的瞬间读出另一束记录光的透过光 强‘与衍射光强后,光栅的衍射效率我们定义为 . ,等×% 』』 根据光波耦合理论,衍射效率可以写为 拢 妲?】 ,蚓罢竖。兰 驴吼旷【瓦面唧面 上式中除抽的其他参数都是已知或者可以通过简单计算而得,所以可以通过测量衍射 效率口.通过上式推导出折射率的调制振幅细。 我们测量了光橱的衰减时间常数与擦除光强五的关系,具体过程是:先打开两 柬记录光尽和厶,用红光监测位相栅的写入,当位相栅达到饱和时,关闭后和厶,同 时打开矗,由光电探测器记录红光的衍射光,直到位相栅被擦除干净。光栅的衰减南开大学博士学位论文 时间常数定义为衰减过程中衍射效率降低到饱和值/所需的时间。从我们的结果看 来,晶体的光电导%基本上与光强成正比,而且光电导昂远大于暗电导叼,根据测得 的衰减时间常数与光强的关系,我们可以利用下面的公式来估算光电导, ,:型?丝。业 , ‘ 占 聒 光折变晶体的灵敏度是表示每吸收单位能量密度晶体所能引起的折射率的变化。 表征在光折变材料中写入光折变位相栅的难易程度,可以表示为 .土/堑 光折变晶体的动态范围/是等人引入的一个参数,表征光存储系统中材 料的存储能力的,定义为 . 誓卜。 ?.。双光耦合过程的测量 双光耦合系数是表征光折变位相栅的非局域化程度和位相栅深度的重要参 数。我 们在测量双光耦合过程中采用不等光强耦合,调整双光的光强比,保持入射 光光强之 比为,:‘:。我们测量的双光耦合系数定义为 .、。。 :土磐 ,: 式.中,。、,。和、最分别表示耦合前后透过晶体两光的光强。 通过测量双光耦合系数与光栅周期的关系可以估算晶体内的有效载流子数 目.。。 我们可以通过中的关系来拟和耦合系数与光栅周期的关系,光栅周期定义为 :?生 . ?。’ 其中为写入光真空中波长,口为双光夹角的~半,拟和关系式具体表示为 , ? . 。口巳 其中蔓三兰茎墼墨丝墨苎矍查茎 一??.一一 一 眨。, 铆‖。芹,:鲁:是等 通过拟和得到,值即可得到有效载流子浓度~扣 ?.光致光散射观测 我们这里所说的光致光散射 是指光折变材料被辐照 时,由光折交效应引起的散射光放大。光致光散射时光折变晶体中非常常见的现象。 起因是入射光被晶体本身的不均匀性造成各种各样的散射中心诸如杂质、位错、生长 条纹,或者由入射光引入的散射中心诸如光生伏打电流的不均匀性等散射产生种子光, 这些种子光与入射光通过光折交双光耦合而被放大。光折变晶体的光致光散射现象可 以提供材料本身的很多有用信息,研究材料的光致光散射已经成为研究光折变晶体的 重要手段。同时在应用中。光致光散射现象一般是一种不受欢迎的噪音来源,研究 抑制光致光散射也是应用上菲常重要的~环。 本论文中我们将对掺杂铌酸锂晶体的前向和背向紫外光致光散射展开系统的研 究。前向光致光散射将使得透射光斑发生改变,并有放大的杂散光出现,这与同样可 以导致透射光束畸变的类透镜效应类似。人们常常对这种现象发生混淆,将通过对比 试验澄清这两种效应。背向散射由于是一种相位共轭波的产生机理之一,受到人 们的青睐。我们同时也研究了掺镁铌酸锂晶体中的紫外背向光致光散射现象,并成功 输出了相位共轭波。 因为光致光散射的试验装置比较筒单,我们将在第三章后半部分介绍产自铌酸锂 晶体的光致光散射现象时介绍。这里不再拗述。 ?.光致吸收的测量 光致吸收现象严格来说应该属于光致变色效应 的~ 种,另一类为光致透明。光致吸收是由于光入射到晶体上导致吸收系数增加的现 象,是因为晶体中存在一些准稳态的能级,~般情况下这些能级上可以被激发的电子 或空穴较少,当晶体被入射光辐照时,可咀将深能级的电子或空穴激发到导带,这些 电子或空穴落到这些能级上并不会马上驰豫掉,这就造成了准稳态能级上可以被激发南开大学博士学位论文 的空穴或电子增多,这宏观上来讲就增加了某个波段的吸收系数。所以晶体的光致吸 收与晶体内的能级以及载流子的重新分布有关,光致吸收效应的行为包含着这些准稳 态能级一般为浅能级的重要信息,同样可以提供给我们很多晶体有关缺陷结构的重 要依据。在应用方面,光致吸收中常见的双能级结构是实现双光子非挥发性全息存储 的一般模式,广义的讲,几乎所有的借助双能级结构实现双光子非挥发全息存储的试 验都是建立光致吸收现象的基础上。所以很多研究组也都采用研究光致吸收的方法来 寻找或者确认光折变晶体的与载流子运动有关的缺陷中心,并为双光子非挥发全息存 储寻找或优化合适的能级结构?。 我们的关于光致吸收试验的装置也很简单,即用平常偏振的紫外光辐照晶体,以 抑制光致散射,同时引一束傲弱的?红光完全通过辐照区,打开、关上紫外 光,同时监测红光透过光强的变化,分析所得曲线就可以得到光致吸收?口 眨蚓 删一吉等 力与?分别为紫外光打开和关闭时红光的透过光强。我们在第三章将有对光致吸 收系数?的具体分析。 ?.判定铌酸锂晶体轴方向 判定晶体的轴方向的试验属于晶体的基本配置测试之一,是我们的对很多试验 结果的判断依据,其重要性不言而喻。这里详细介绍我半定轴方向的试验。 铌酸锂晶体在室温下为铁电相,有自发极化的现象。晶体的轴正方向定义为自 发极化电场的方向。一般判断轴正方向的有如下几种,下面所说的端面是指晶 体的轴箭头所指向的端面: 利用热释电效应,当晶体降温时,端面显正电; 利用压电效应,当晶体受沿轴的压力时,端面显负电: 利用晶体和一面腐蚀速率不同,当晶体投入腐蚀液中,一端面腐蚀的快: 利用晶体面一面射线相表象不同,端面清晰。而一端面模糊。 这里我们采用第一种进行判定,然后使用第三种方法确认。具体做法是,将晶体 放在炉子中加热到度左右,投入室温下的负电油墨中。然后利用环己烷定影,自来 水漂冼根据上述方法,晶体的端面将明显覆盖一层黑色油墨。为验证结果的 正确第二章试验理论及试验方法 性,我们找了三块向切割薄片。分别是同成分、近化学配比和掺镁.%的同成分 铌酸锂晶体,把它们投入腐蚀液中,腐蚀液由氢氟酸和硝酸:混和制备,小时之 后取出,可以明显看到三块薄片都出现其中一面因为腐蚀变粗糙,而另一面几乎没有 什么变化,变粗糙的一面无疑为一端面。对这三块切片同样做热释电测试,结果正 如我们期待的那样,没有被腐蚀的端面覆盖了一层油墨。这样我们可以确认按我们的 方法确定的晶体轴方向是正确无误的。 ?.基本光谱测量 针对晶体的基本光谱测量,可以得到一些很直观的有用信息。我们具体使用的光 谱方法如下,我们分别简单介绍一下: 吸收透射光谱测量,使用日本产型分光光谱仪 铌酸锂晶体的真实吸收边直到现在还没有确定,通过测量吸收透射光谱可 以得到晶体的吸收边的信息,我们所用的掺杂铌酸锂晶体与纯铌酸锂晶体相 比基本上都存在蓝移的现象。从这种变化中可能会获得比较接近铌酸锂晶体 真实吸收边的信息。 吸收谱测量,使用美国产 ?光谱仪 上一章已经提到,吸收谱是抗光损伤杂质的“光谱探针”,我们通过测量 样品的吸收谱可以得到所用样品的掺杂浓度是否到达第一阈值。 拉曼光谱测量,使用英国产一型拉曼光谱仪 铌酸锂晶体的拉曼散射对于晶体组分的变化非常敏感,当晶体的:/? 比升高时,铌酸锂个拉曼振动谱线的线宽明显变窄,可以从模的 的半高宽推算晶体中的锂含量。南开大学博士学位论文 第三章掺杂铌酸锂晶体的紫外弱光光学非线性效应 在第一章已经介绍过纯的以及掺杂铌酸锂晶体的弱光光学非线性效应尤其是光折 变效应已经研究过很多年,也取得了大量的经验性或者理论性的结果。这些结果或者 成为结论在铌酸锂晶体的缺陷以及应用研究方面已经成为一些公认的准则,为更进一 步的深入了解铌酸锂晶体,更好的使用这种“全能型”的晶体打下了坚实的基础。但 是我们也注意到第一章的关于铌酸锂晶体光折变效应的结果基本上都是在可见波段得 到的,那么晶体在使用紫外光的情况下的光折变效应表现又如何呢这~章我们着重 介绍这一方面的工作:首先简单回顾紫外光下铌酸锂光折变效应的有关报道:然后系 统她介绍我们在紫外条件下各种掺杂铌酸锂晶体中韵光折交效应的研究结 果;最后详 细介绍铌酸锂晶体中前向和背向光致光散射方面的研究。 ?.铌酸锂晶体紫外光折变效应的报道 早在年,德国人和就已经研究过掺铁铌酸锂和钽酸锂晶 体的紫外光折变效应?,指出在紫外光的条件下,晶体的光折变效应的有空穴和 电子两种载流子参与,并研究了它们对光电导的贡献。年德国人报道了纯 铌酸锂晶体的紫外光折变效应。他利用双光耦合的方法,在紫外光得到了 高达的双光耦合增益系数,并发现光放大是单方向的。他们测定了紫外光辐照下 的光生伏特场大约为/左右,比可见光下小很多。通过对光放大的方向研究 等人发现,在条件下空穴成为主要的光折交效应载流子,而扩散是光折 变效应的主导过程:而条件下,扩散仍然是光折变效应的主导过程,但是主要 载流子已经成为电子:到了,扩散已经被光生伏特电流超过.晶体已不显示光放 大性质最后他们得出支持等人的结论,光生伏特电场是电子迁移参与 的过程,而与空穴无关,但他们并未给出这些光生载流子的来源。 年,做了一个关于紫外的光折变效应的综述性的报道,肯定了 等人的结果,认为紫外条件下空穴仍然作为主要载流子,扩散仍然是主要的电 荷迁移方式,并利用铌酸锂晶体紫外光折变效应增强实现了四波混频,自泵浦相位共 轭,以及提出来一种热固定光折变光栅的方法。年南开大学许京军研究了紫外第三章掺杂铌酸锂晶体的紫外弱光光学非线性效应 下掺镁铌酸锂晶体的光折变效应,发现随着镁掺入量的增多,晶体的光折变 效应得到了极大的增强,而且相应时间大大缩短。具体表现在衍射效率大大增强,双 光耦合系数有很大提高,晶体的光电导和光折变灵敏度也有了很大提高,掺镁铌酸锂 晶体光折变效应的主导动力学过程仍然显示为扩散。这个结果与以前人们所公认的恰 恰相反,因为在可见波段,掺镁铌酸锂晶体是一种最早被发现的抗光损伤铌酸锂晶体, 在掺镁超过阚值.%以后,晶体的抗光损伤能力提高了两个数量级,相同条件下 写入光折变光栅的振幅刚降低了两个数量级。而许京军的报道说,正是超过闽值的掺 镁铌酸锂晶体具有最强的光折变效应。文中认为,以前人们所谓的抗光折变的掺杂铌 酸锂晶体如掺镁、锌、铟等均只在可见光下有效,而到了紫外它们都表现为增强光折 变的现象。而这种现象的起因,文中没有给出相关陈述, 本章下面内容中,我将系统的介绍在紫外条件下,以不同化合价掺杂以及不同的 /比的铌酸锂晶体光折变效应的研究。 ?.掺杂铌酸锂晶体的紫外光折变效应 根据我们能够查阅到的资料,以及手头己有的结果,我们选用了的三种抗光折变 离子掺杂和不同浓度的镁掺杂近化学配比铌酸锂晶体作为我们的研究对象。它们分别 是一价掺杂??掺钠铌酸锂;二价掺杂??掺锌铌酸锂;三价掺杂??掺铟铌酸锂: 近化学配比掺镁铌酸锂,为了对比试验,我们还找了纯的同成分和纯的近化学配比铌 酸锂晶体。这几种晶体都属于被报道的抗光损伤和抗光折变离子掺杂,不过这些结果 都是在可见光条件下得到的。那么在紫外条件下究竟这些晶体与掺镁晶体是不是具有 相同的表现还是另有新的现象出现对这些结果的研究,将对整个抗光折变离子在 晶体中的占位,和由于它们的进入所造成或者消灭的缺陷结构在光折变效应中的角色 有进一步的了解。这将有利于我们更进一步的搞清铌酸锂的缺陷结构,推动更好的应 用铌酸锂晶体制作各种光学器件或集成。下面分别介绍这些不同组分的锶酸锂晶体的 紫外光折变效应。 ?..一价??掺钠铌酸锂: 在铌酸锂晶体中掺钠其实并不是一种常见的掺杂,而且掺钠铌酸锂是一种很奇怪 的晶体,关于此晶体的介绍也并不多见。我们选用掺钠晶体是因为,钠与锂同南开大学博士学位论文 属第族碱金属元素,化含价均为,这样在钠进入铌酸锂晶体时,假如占位,可 以自然而然的实现电荷平衡,而不需要额外生成的缺陷进行补偿。对这种掺杂晶体的 测试会提供很多有用的信息,有利于我们进行对比性缺陷研究。孔勇发等人在 年首先报道通过掺钠可以使铌酸锂晶体的抗光折变性能增强,但是与掺镁等不同,当 晶体中的钠含量增多时,晶体并没有表现出象掺镁那样提高抗光折变能力,而是趋向 于失去这静能力,虽然相比之下其抗光折变能力仍然高于同成分铌酸锂晶体。高于 %的晶体没有生长成功,可能是因为钠离子半径为比锂离子或者铌离子半径大很 多,分别为.,.和.,所以至今没有发现掺钠阚值等方面的研究报道。 下面详细介绍我们的试验情况。 一、晶体基本情况 试验中我们采用了两块掺钠的铌酸锤晶体,在同成分熔融体中通过方 法生长而成,在熔融体中含钠量分别为%和%。晶体通过向切割,抛光,在 下面的陈述中分别以、表示,尺寸分剐为.。 ..×.。两块样品的透射谱图如图.所示,相对于纯的铌酸锂晶体来 说,样品吸收边发生了蓝移,但是晶体中钠含量较高的样品吸收边却又反方 蚨 “一曩。蔼?置?盘蠢 啪 图.掺钠锯酸锂透射谱第三章掺杂铌酸锂晶体的紫井弱光光学非线性效应 向移动,即相对发生了红移,虽然还没有达到同成分铌酸锂的位置。这与其他的 比如掺镁铌酸锂晶体明显不同,掺镁晶体在镁到达阈值之前,随着镁含量的增多,晶 体吸收边一直向短波长方向移动。我们也测试了掺钠铌酸锂样品的一吸收谱图, 如图.所示。我们知道一吸收谱是判断晶体内掺杂量是否达到阂值的直观方法,同 成分铌酸锂晶体的’吸收峰在?左右,如果掺杂量达到了闽值,由于掺杂离子 开始占位,一吸收峰会相应地发生非常明显的移动,比如掺移到‘附近 日。 图 掺钠铌酸锂一吸收谱 、掺移至“附近、掺移至附近:、掺移至“ 附近。从图.看出我们的两块样品掺钠量还没有达到阈值的水平,也就是说钠 离子在晶体中还是处在位置,并没有开始占?位。我们还测试了两块晶体的拉曼 光谱,试验结果与同成分未掺杂晶体基本一致,这表明晶体的晶格结构仍然与铌酸锂 一样没有形成其他的结构,如。,这与文献的结果一致,该文中报道 。.。混晶中.时结构仍然与。相同。 二、掺钠铌酸锂晶体可见光光折变效应 我们采用第二章的双光耦合方法测试了掺钠铌酸锂晶体在可见光下的光折变效 应,光源是的蓝光。相对与同成分晶体来说表现为抗光折变的性质,但与其 他比如掺锌晶体相比抗光折变性能则要弱很多。光致折射章变化的典型数值列在下面 表格.中,其他的几种晶体也同时列出来作为比较。南开大学博士学位论文 表格. 掺钠与其他几种铌酸锂晶体光致折射率改变比较 锌,% 同成分 铁..吣 掺杂离子 钠,% . . . 掺杂量 . . . , 。 . ?扛 从上面表格.中很明显可以看出,掺钠铌酸锂晶体并不是一种很好的抗光折变 掺杂晶体,而且比的抗光折变性能要好,这与掺镁等刚好相反。这说明掺 钠与掺镁对晶体缺陷结构的影响是有很大差别的。 三、掺钠铌酸锂晶体的紫外光折变效应 仍然采用双光耦合的方法,在‘紫外光下测试掺钠样品的光折变效应。相 对于可见光而言,掺钠样品的紫外光折变效应要强的多,我们测得的光折变效应各种 宏观参量列在表格.中。从测得的衍射效率可以看出,由于掺钠,晶体的光折变效 应在紫外光得到了增强,而的衍射效率.%比.%大的多。二者的双 光耦合系数都很小,也就是说在掺钠晶体中基本上得不到有效的光放大。从这个结果 我们可以推断,扩散过程在掺钠铌酸锂晶体紫外光折变中对光折变光栅的形成贡献很 小,而光折变效应的主导过程来自光生伏特效应,因为我们并没有对晶体加外场。我 富 曼 芒 右 芒 石 图。掺钠铌酸锂光折变光栅写入擦除周斯们在图.中给出了两块样品光折变 光栅的一个写入擦除周期中衍射效率随时变化曲 线,同时在图.右上角给出的光栅长时间写入过程的衍射效率变化。