锆铁铌酸锂晶体的生长及其光折变性能研究

论文摘要

Fe:LiNbO3晶体由于具有较高的衍射效率和灵敏度而成为最重要的全息存储材料之一。然而,Fe:LiNbO3晶体仍然存在两点不足之处,即响应时间长和抗光散射能力低。所以,需要寻找一种响应速度和抗光散射能力优于Fe:LiNbO3晶体的全息存储材料。我们采用提拉法生长了熔体中[Li]/[Nb]比分别为0.85、1.05和1.38的Zr:Fe:LiNbO3晶体。利用电感耦合等离子体原子发射光谱法对生长晶体的成分进行了测试,结果表明,随着原料中[Li]/[Nb]比的增加,晶体中[Li]/[Nb]比也增加,而晶体中Zr和Fe的分布系数逐渐减小。对样品的紫外-可见吸收光谱测试结果表明,随着[Li]/[Nb]比增加,吸收边逐渐紫移。在室温下对样品的红外光谱进行了测试,从样品的红外光谱测试结果可以看出,随着[Li]/[Nb]比增加,OH-吸收峰的位置没有发生较大的移动,但吸收峰的强度逐渐减小。通过二波耦合实验对Zr:Fe:LiNbO3晶体的光折变性能进行了测试。在相同光强下,随着[Li]/[Nb]比增加,晶体衍射效率降低,光电导增大,响应时间变短,灵敏度提高,指数增益系数减小。而随着入射总光强的增加,同一材料的光电导和动态范围增大,响应时间变短。同时由二波耦合的能量转移方向,确定了晶体的光激发载流子类型。我们也研究了Zr:Fe:LiNbO3晶体的光致散射光强阈值效应。所有样品都存在明显的光强阈值效应,并且随着[Li]/[Nb]比增加,Zr:Fe:LiNbO3晶体的抗光散射能力逐渐增强,与同成分Fe:LiNbO3晶体相比,Zr:Fe:LiNbO3晶体具有更大的阈值光强,能够更好地抑制光致散射。熔体中[Li]/[Nb]比为1.38的样品具有最大的阈值光强,其数值可达191mW/cm2。研究结果表明,Zr是一种有效提高Fe:LiNbO3晶体抗光散射性能的掺杂离子。Zr:Fe:LiNbO3晶体是一种较好的体全息存储材料。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 光学体全息存储
• 1.1.1 光学体全息存储的优点
• 1.1.2 体全息存储的研究进展
• 1.2 铌酸锂晶体材料
• 1.2.1 铌酸锂晶体的结构及缺陷
• 1.2.2 铌酸锂晶体全息存储性能的优化
• 1.3 本研究目的及研究内容
• 1.3.1 本研究的目的
• 1.3.2 本论文主要研究内容
• 第2章 锆铁铌酸锂晶体的生长
• 2.1 实验方法及设备
• 2.1.1 提拉法生长晶体
• 2.1.2 晶体生长设备
• 2.2 原料配比及预处理
• 2.2.1 原料的配比
• 2.2.2 原料的预处理
• 2.3 晶体生长过程
• 2.3.1 晶体生长工艺
• 2.3.2 晶体生长过程
• 2.4 晶体的极化及加工处理
• 2.5 本章小结
• 第3章 锆铁铌酸锂晶体微观结构
• 3.1 电感耦合等离子体原子发射光谱测试
• 3.2 X 射线粉末衍射测试
• 3.2.1 X 射线衍射基本原理
• 3.2.2 X 射线衍射测试结果
• 3.3 紫外-可见吸收光谱测试
• 3.3.1 紫外-可见吸收光谱测试结果
• 2+和Fe³⁺浓度的计算'>3.3.2 Fe²⁺和Fe³⁺浓度的计算
• 3.4 红外光谱测试
• 3.5 本章小结
• 第4章 锆铁铌酸锂晶体的光折变性能研究
• 4.1 光折变效应的动力学过程
• 4.1.1 光折变效应的物理机制
• 4.1.2 二波耦合机理
• 4.2 衍射效率的测量
• 4.2.1 衍射效率随角度的变化关系
• 4.2.2 光激载流子类型的判断
• 4.2.3 锂铌比变化对光折变性能的影响
• 4.2.4 光强变化对晶体光折变性能的影响
• 4.3 指数增益系数的测量
• 4.3.1 指数增益系数随角度的变化规律
• 4.3.2 指数增益系数随锂铌比的变化规律
• 4.4 不同掺杂铌酸锂晶体在光折变性能方面的比较
• 4.5 本章小结
• 第5章 锆铁铌酸锂晶体抗光散射性能研究
• 5.1 光感应光散射现象
• 5.2 锆铁铌酸锂晶体抗光散射性能研究
• 5.2.1 透射光斑畸变法
• 5.2.2 光致散射光强阈值法
• 5.2.3 实验结果分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 参考文献
• 致谢