晶體光折變效應(yīng)

晶體光折變效應(yīng)第1頁，共12頁，2023年，2月20日，星期五光折變效應(yīng)是光致折射率變化效應(yīng)的簡(jiǎn)稱。光折變效應(yīng)首先由美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)，他們用LiNbO3和LiTaO3晶體進(jìn)行激光倍頻實(shí)驗(yàn)時(shí)，意外發(fā)現(xiàn)強(qiáng)光輻照會(huì)引起晶體折射率的變化，從而嚴(yán)重地破壞了位相匹配條件。這種不期望的效應(yīng)被稱為“光損傷”。這種損傷在暗處可保留相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。由于這一性質(zhì)，光損傷材料可以做為一種優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)材料。在這之后又發(fā)現(xiàn)，通過均勻光照或加熱等辦法可以把光損傷的痕跡擦洗掉。為避免與永久性的破壞相混淆，把這一效應(yīng)稱為光致折射率變化或光折變效應(yīng)。一、實(shí)驗(yàn)原理（一）相關(guān)概念第2頁，共12頁，2023年，2月20日，星期五光折變材料（一般電光晶體都具有這種光折變效應(yīng)）在光輻照下，會(huì)引起光波的振幅、位相、偏振甚至是頻率的變化。光折變效應(yīng)又允許人們?cè)诘凸β始す廨椪障路奖愕赜^察各種非線性光學(xué)效應(yīng)，目前它已成為實(shí)施光學(xué)信息處理的基本手段，應(yīng)用于光放大、光振蕩、光學(xué)記憶、圖像存儲(chǔ)、圖像復(fù)原、空間調(diào)制器、全光學(xué)時(shí)間微分器、圖像相減、圖像相加、圖像反演、圖像相關(guān)和卷積等眾多領(lǐng)域。[1]

一、實(shí)驗(yàn)原理第3頁，共12頁，2023年，2月20日，星期五（二）、實(shí)驗(yàn)原理

1、光折變效應(yīng)機(jī)理

電光晶體內(nèi)的雜質(zhì)，空位或缺陷充當(dāng)電荷的施主或受主。當(dāng)晶體在光輻照下，光激發(fā)電荷進(jìn)入鄰近能帶。光激發(fā)載流子因濃度梯度擴(kuò)散，或在電場(chǎng)作用下漂移，或由光伏打效應(yīng)而運(yùn)動(dòng)。經(jīng)過再激發(fā)，再遷移，再俘獲，最后離開光照區(qū)，定居于暗光區(qū)。這樣就形成了與光強(qiáng)分布相對(duì)應(yīng)的空間電荷分布，這些空間電荷按照泊松方程，形成空間電荷場(chǎng)。若晶體不存在反演對(duì)稱性，空間電荷場(chǎng)將通過電光效應(yīng)，在晶體內(nèi)形成折射率在空間的調(diào)制變化。

一、實(shí)驗(yàn)原理第4頁，共12頁，2023年，2月20日，星期五（二）光存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)原理

1.采用摻鐵鈮酸鋰晶體，載流子為鐵離子。2.在光輻照下，二價(jià)鐵離子被光電離成三價(jià)，然后在暗區(qū)俘獲光電子，從而導(dǎo)致空間電荷分布，形成位相柵；

3.光折變存儲(chǔ)器中全息圖的寫入是基于二波耦合，即參考光與載有被存儲(chǔ)信息的信號(hào)光束在光折變晶體中相干寫入全息圖。一、實(shí)驗(yàn)原理第5頁，共12頁，2023年，2月20日，星期五一、實(shí)驗(yàn)原理全息圖的透射函數(shù)為：其實(shí)驗(yàn)裝置如右圖：第6頁，共12頁，2023年，2月20日，星期五4.當(dāng)用參考光讀出時(shí)，衍射光束是物光束的再現(xiàn)，反之亦然。（見圖1）

（三）、光折變?nèi)⒋鎯?chǔ)的特點(diǎn)

1、大容量；2、

并行性；3、

實(shí)時(shí)性；4、

可循環(huán)使用

；5、選擇性

；6、可接受的暗存儲(chǔ)時(shí)間。一、實(shí)驗(yàn)原理第7頁，共12頁，2023年，2月20日，星期五（一）、實(shí)驗(yàn)裝置綠光激光器

、減光鏡、

分束棱鏡

、摻鐵鈮酸鋰晶體樣品

1/2波片

、偏振片

、會(huì)聚棱鏡、激光功率計(jì)

、CCD攝像機(jī)

、光屏

、反射鏡等

。（二）、雙光束耦合法在本實(shí)驗(yàn)中，如圖2所示，兩書相干的寫入光一同照射在光折變晶體上，形成干涉條紋，晶體在吸收這種周期性變化的光強(qiáng)之后，由于光折變效應(yīng)使折射率產(chǎn)生同樣的周期變化，此時(shí)對(duì)光折變晶體入射一束不會(huì)產(chǎn)生光折變效應(yīng)的光束，則該光束透過位相光柵是將發(fā)生衍射，衍射花樣與寫入的信號(hào)一致。

二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容第8頁，共12頁，2023年，2月20日，星期五（三）.實(shí)驗(yàn)步驟1、觀察晶體光折變現(xiàn)象

打開激光器，使激光照射到晶體上，會(huì)在觀察屏上看到劇烈變化的投射光斑散射圖樣。適當(dāng)移動(dòng)晶體，可以觀察到光斑閃爍和收縮，其拉長(zhǎng)的方向就是光軸的方向。

實(shí)驗(yàn)中，光軸方向平行于平臺(tái)。2、利用雙光束耦合方法觀察近體光折變效應(yīng)形成的衍射光柵的衍射現(xiàn)象，測(cè)量晶體的衍射效率。

二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容第9頁，共12頁，2023年，2月20日，星期五（四）具體步驟，裝置圖見圖2。

1.啟動(dòng)激光器，安排好儀器位置，調(diào)節(jié)光路等高；

2.反復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)1/2波片，用光功率計(jì)測(cè)量，使兩束光的光功率基本相等；

3.調(diào)節(jié)反射鏡的位置和角度，使交疊在樣品上的兩束光光程大致相同；二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容第10頁，共12頁，2023年，2月20日，星期五4.使用偏振片和1/2波片，調(diào)節(jié)兩束光偏振方向，使它們平行于臺(tái)面；5.在其中一光路中依次加入擴(kuò)束鏡、透鏡和物，移動(dòng)光屏位置，將其放在焦面處；

6.在光屏位置處替換樣品，打開CCD接收，將結(jié)果存入計(jì)算機(jī)；

7.寫入一段時(shí)間后，遮蔽物光，可發(fā)現(xiàn)在顯示器上依然可以看到清晰的物象。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)