晶体光折变效应.ppt

1、9.1 晶体光折变效应 与光学存储,南开大学近代物理实验,光折变效应是光致折射率变化效应的简称。光折变效应首先由美国贝尔实验室发现，他们用LiNbO3和LiTaO3晶体进行激光倍频实验时，意外发现强光辐照会引起晶体折射率的变化，从而严重地破坏了位相匹配条件。这种不期望的效应被称为“光损伤”。这种损伤在暗处可保留相当长的时间。由于这一性质，光损伤材料可以做为一种优质的数据存储材料。在这之后又发现，通过均匀光照或加热等办法可以把光损伤的痕迹擦洗掉。为避免与永久性的破坏相混淆，把这一效应称为光致折射率变化或光折变效应。,一、实验原理,（一）相关概念,光折变材料（一般电光晶体都具有这种光折变效应）在光

2、辐照下，会引起光波的振幅、位相、偏振甚至是频率的变化。光折变效应又允许人们在低功率激光辐照下方便地观察各种非线性光学效应，目前它已成为实施光学信息处理的基本手段，应用于光放大、光振荡、光学记忆、图像存储、图像复原、空间调制器、全光学时间微分器、图像相减、图像相加、图像反演、图像相关和卷积等众多领域。1,一、实验原理,（二）、实验原理 1、光折变效应机理 电光晶体内的杂质，空位或缺陷充当电荷的施主或受主。当晶体在光辐照下，光激发电荷进入邻近能带。光激发载流子因浓度梯度扩散，或在电场作用下漂移，或由光伏打效应而运动。经过再激发，再迁移，再俘获，最后离开光照区，定居于暗光区。这样就形成了与光强分布相

3、对应的空间电荷分布，这些空间电荷按照泊松方程，形成空间电荷场。若晶体不存在反演对称性，空间电荷场将通过电光效应，在晶体内形成折射率在空间的调制变化。,一、实验原理,（二）光存储实验原理 1.采用掺铁铌酸锂晶体，载流子为铁离子。 2.在光辐照下，二价铁离子被光电离成三价，然后在暗区俘获光电子，从而导致空间电荷分布，形成位相栅； 3.光折变存储器中全息图的写入是基于二波耦合，即参考光与载有被存储信息的信号光束在光折变晶体中相干写入全息图。,一、实验原理,一、实验原理,全息图的透射函数为： 其实验装置如右图：,4.当用参考光读出时，衍射光束是物光束的再现，反之亦然。（见图1） （三）、光折变全息存储

4、的特点 1、大容量；2、并行性；3、实时性；4、可循环使用；5、选择性；6、可接受的暗存储时间。,一、实验原理,（一）、实验装置 绿光激光器、减光镜、分束棱镜、掺铁铌酸锂晶体样品1/2波片、偏振片、会聚棱镜、激光功率计、CCD摄像机、光屏、反射镜等。 （二）、双光束耦合法 在本实验中，如图2所示，两书相干的写入光一同照射在光折变晶体上，形成干涉条纹，晶体在吸收这种周期性变化的光强之后，由于光折变效应使折射率产生同样的周期变化，此时对光折变晶体入射一束不会产生光折变效应的光束，则该光束透过位相光栅是将发生衍射，衍射花样与写入的信号一致。,二、实验内容,（三）.实验步骤 1、观察晶体光折变现象 打

5、开激光器，使激光照射到晶体上，会在观察屏上看到剧烈变化的投射光斑散射图样。适当移动晶体，可以观察到光斑闪烁和收缩，其拉长的方向就是光轴的方向。 实验中，光轴方向平行于平台。 2、利用双光束耦合方法观察近体光折变效应形成的衍射光栅的衍射现象，测量晶体的衍射效率。,二、实验内容,（四）具体步骤，装置图见图2。 1.启动激光器，安排好仪器位置，调节光路等高； 2.反复转动1/2波片，用光功率计测量，使两束光的光功率基本相等； 3.调节反射镜的位置和角度，使交叠在样品上的两束光光程大致相同；,二、实验内容,4.使用偏振片和1/2波片，调节两束光偏振方向，使它们平行于台面； 5.在其中一光路中依次加入扩束镜、透镜和物，移动光屏位置，将其放在焦面处； 6.在光屏位置处替换样品，打开CCD接收，将结果存入