论文摘要
采用提拉法（Czochralski method）生长Hf系列LiNbO3晶体,（Hf:LiNbO3、Hf:Fe:LiNb03、不同Li/Nb比Hf:Fe:LiNb03和Hf:Fe:Cu:LiNb03晶体）。Zr系列LiNb03晶体,（Zr:Fe:LiNb03晶体和不同Li/Nb比Zr:Mn:Fe:LiNb03晶体）和Mn、Fe系列LiNb03晶体（Sc:Mn:Fe:LiNb03、Mg:Mn:Fe:LiNb03晶体）。采用最佳工艺条件,生长的晶体经过退火、极化、还原和氧化处理。生长的晶体透明,没有宏观缺陷。采用电感耦合等离子体（ICPAES）测试Mg:Mn:Fe:LiNb03晶体有效分凝系数。随着Mg2+浓度增加Mg的分凝系数下降,Mn的分凝系数先增加后下降。Fe的分凝系数增加,但都在分凝系数1附近,在Zr:Mn:Fe:LiNb03晶体Zr的分凝系数在0.9左右,生长掺Mg、Mn、Fe、Zr的LiNbO3晶体质量较高。测试掺杂LiNbO3晶体的X-射线粉末衍射图,计算晶格常数和晶胞体积。衍射图谱没有出现新的衍射峰,说明杂质进入到LiNb03的晶格中,由于杂质的半径与基质半径不同导致峰值强度发生变化。测试掺杂LiNb03晶体的红外透射光谱和紫外-可见吸收光谱。掺杂LiNbO3晶体OH-吸收峰和吸收边发生移动。在LiNbO3中由红外透射光谱确定掺杂离子的阈值浓度,Mg2+吸收峰位置在3535cm-1,Zn2+吸收峰位置在3529cm-1,Sc3+吸收峰位置在3508cm-1,Hf4+吸收峰位置在3488cm-1,Zr4+吸收峰位置在3479cm-1。讨论OH-吸收峰和吸收边移动机理,用极化能力解释吸收边的移动现象。采用Kr+激光器（476nm蓝光）和Ar+激光器（488nm蓝光）和He-Ne激光器（633nm红光）作光源,测试和研究晶体的光折变性能（衍射效率η、响应时间、动态范围和光折变灵敏度）。用蓝光测试晶体的光折变性能:最高衍射效率ηs达到75.4%,动态范围达到20.24,灵敏度达到3.19cm/J,指数增益系数Γmax=34.2cm-1,有效载流了浓度Neff=3.1×1015cm-3。红光测试晶体衍射效率随着（Mg2+,Hf4+,Zr4+）浓度增加,衍射效率ηs下降;蓝光测试晶体的衍射效率ηs增加。蓝光光折变性能大大优于红光光折变性能,对蓝光光折变增强机理进行讨论。采用短波长光Kr+激光器（476nm蓝光）和Ar+激光器（488nm蓝光）作记录光,用长波长He-Ne激光（633nm红光）读取光栅称为双波长技术。相反用长波长He-Ne激光做记录光。用短波长光（Kr+激光器,Ar+激光器或紫外光）作敏化光称为双色技术。Hf（4mol%）:Fe:Cu:LiNb03晶体作存储介质,Kr+激光器作记录光,He-Ne激光器读取光栅。双波长非挥发全息存储测试结果,固定衍射效率达到49.0%,响应时间180s,非挥发灵敏度S’为0.252cm/J。红光作记录光,蓝光作敏化光。双色测试结果:固定衍射效率为29%,写入时间为650s,非挥发灵敏度S’为0.015cm/J。红光作记录光,紫外光作敏化光,双色存储测试结果:固定衍射ηf=30%,写入时间τw=1680s,非挥发灵敏度S’=0.0078cm/J。双波长非挥发存储技术优于双色非挥发存储技术。LiNb03晶体在较高功率下易产生光损伤（也叫光折变或者光散射）,光损伤使晶体的信噪比下降。在晶体掺进抗光损伤杂质如Mg、Mn、Zn、In、Sc、Hf和Zr。在Mg:Mn:Fe:LiNb03晶体,当MgO浓度达到5mol%（阈值浓度）抗光损伤能力比Mn:Fe:LiNb03晶体高二个数量级以上。Sc:Mn:Fe:LiNb03晶体当Sc203的浓度达到1.5mol%（Sc3+的阈值浓度是3mol%）抗光损伤能力比Mn:Fe:LiNb03晶体高二个数量级。Hf:Fe:LiNbO3和Zr:Fe:LiNb03的阈值浓度分别是4mol%和2mol%。抗光损伤能力比LiNb03高一个数量级。采用透射光斑畸变法测试掺杂LiNb03晶体抗光损伤能力。
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摘要Abstract1 掺杂铌酸锂晶体的光折变体全息存储1.1 铌酸锂晶体的光折变效应,物理机制和特点1.2 光折变体全息存储简介3晶体的结构'>1.3 LiNbO3晶体的结构1.4 铌酸锂晶体中的本征缺陷和应用1.5 铌酸锂晶体掺杂改性3晶体的光折变性能'>1.5.1 提高LiNbO3晶体的光折变性能3晶体的抗光损伤能力（抗光折变能力、抗光致散射能力）'>1.5.2 提高LiNbO3晶体的抗光损伤能力（抗光折变能力、抗光致散射能力）3晶体作为固体激光基质材料,通过掺入激活剂,获得激光晶体'>1.5.3 以LiNbO3晶体作为固体激光基质材料,通过掺入激活剂,获得激光晶体1.6 本课题的研究内容3晶体的生长'>2 掺杂LiNbO3晶体的生长2.1 晶体生长2.2 原料配比3籽晶的制备'>2.3 LiNbO3籽晶的制备2.4 工艺参数2.5 退火和极化处锂2.6 氧化和还原处理2.7 本章小结3 掺杂铌酸锂的结构和抗光损伤性能3.1 晶体的X射线粉末衍射结果及其分析3.2 晶体的晶格结构与晶格常数3.2.1 晶体样品的衍射图谱和晶格常数3.2.2 样品X射线衍射图及晶格常数变化的机理研究3.2.3 X射线粉末衍射结果的模拟与分析3晶体的光谱分析和光折变性能'>3.3 Sc:Mn:Fe:LiNbO3晶体的光谱分析和光折变性能3晶体的吸收光谱'>3.3.1 Sc:Mn:Fe:LiNbO3晶体的吸收光谱3晶体的抗光损伤能力'>3.4 Sc:Mn:Fe:LiNbO3晶体的抗光损伤能力3晶体抗光损伤能力增强机理'>3.4.1 Sc:Mn:Fe:LiNbO3晶体抗光损伤能力增强机理3晶体的光折变性能'>3.5 Sc:Mn:Fe:LiNbO3晶体的光折变性能3.5.1 光折变性能测试3.5.2 光折变性能测试结果分析3晶体光谱性能和光折变性能'>3.6 Mg:Mn:Fe:LiNbO3晶体光谱性能和光折变性能3.6.1 晶体成分与分凝3.6.2 紫外可见吸收光谱测试结果3晶体OH-透射光谱'>3.6.3 Mg:Mn:Fe:LiNbO3晶体OH-透射光谱3晶体OH-吸收峰移动机理'>3.6.4 LiNbO3晶体OH-吸收峰移动机理3晶体抗光损伤性能测试'>3.7 Mg:Mn:Fe:LiNbO3晶体抗光损伤性能测试3.8 本章小结3晶体光折变性能研究'>4 Hf系列LiNbO3晶体光折变性能研究4.1 弱光非线性光学及光折变效应4.1.1 光折变材料主要性能参数3晶体的缺陷结构和抗光损伤'>4.2 Hf:LiNbO3晶体的缺陷结构和抗光损伤4.2.1 晶体光学均匀性用双折射梯度检测3晶体红外透射光谱'>4.2.2 Hf:LiNbO3晶体红外透射光谱4.2.3 全息法测试原理4.2.4 全息法测试结果3晶体光折变性能'>4.3 Hf:Fe:LiNbO3晶体光折变性能3晶体图像热固定及存储寿命的研究'>4.4 Hf:Fe:LiNbO3晶体图像热固定及存储寿命的研究4.4.1 热固定原理和理论3晶体图像热固定实验'>4.4.2 Hf:Fe:LiNbO3晶体图像热固定实验3晶体热固定衰减时间（存储寿命）的测试'>4.4.3 Hf:Fe:LiNbO3晶体热固定衰减时间（存储寿命）的测试3晶体光折变指数增益的研究'>4.5 共掺不同[Li]/[Nb]比Hf:Fe:LiNbO3晶体光折变指数增益的研究4.5.1 O-H振动吸收光谱（红外光谱）3晶体抗光折变能力测试'>4.5.2 Hf:Fe:LiNbO3晶体抗光折变能力测试3晶体指数增益系数的测试'>4.5.3 Hf:Fe: LiNbO3晶体指数增益系数的测试3晶体光折变指数增益系数,温度异常特性'>4.5.4 Hf:Fe:LiNbO3晶体光折变指数增益系数,温度异常特性3晶体的光折变性能'>4.6 Hf:Fe:Cu:LiNbO3晶体的光折变性能3晶体红外透射光谱'>4.6.1 Hf:Fe:Cu:LiNbO3晶体红外透射光谱3晶体的抗光损伤能力'>4.6.2 透射光斑畸变法测试Hf:Fe:Cu:LiNbO3晶体的抗光损伤能力3晶体红光光折变性能'>4.6.3 Hf:Cu:Fe:LiNbO3晶体红光光折变性能3晶体蓝光光折变性能'>4.6.4 Hf:Fe:Cu:LiNbO3晶体蓝光光折变性能4.6.5 蓝光光折变增强机理4.7 本章小结3晶体的结构和光折变性能'>5 Zr系列LiNbO3晶体的结构和光折变性能3晶体四波混频位相共轭镜的关联存储性能'>5.1 Zr:Fe:LiNbO3晶体四波混频位相共轭镜的关联存储性能5.1.1 m线法研究波导基片光损伤5.1.2 位相共轭性能测试3晶体全息关联存储'>5.1.3 Zr:Fe:LiNbO3晶体全息关联存储3的原料配比和光折变性能'>5.2 不同[Li]/[Nb]比Zr:Fe:LiNbO3的原料配比和光折变性能5.2.1 光学测试5.2.2 紫外-可见吸收光谱5.2.3 红外透射光谱3晶体的光折变性能的研究'>5.3 Zr:Mg:Fe:LiNbO3晶体的光折变性能的研究5.3.1 光折变效应的动力学过程和物理机制5.3.2 二波耦合机理5.3.3 衍射效率的测量和随角度的变化关系5.3.4 锂铌比变化对光折变性能的影响3晶体光折变存储性能'>5.4 不同[Li]/[Nb]比Zr:Mn:Fe:LiNbO3晶体光折变存储性能5.4.1 Zr离子的分凝系数3晶体的UV-Vis吸收光谱'>5.4.2 Zr:Mn:Fe:LiNbO3晶体的UV-Vis吸收光谱5.4.3 吸收边移动机理3晶体红外透射光谱'>5.4.4 Zr:Mn:Fe:LiNbO3晶体红外透射光谱-吸收峰移动机理'>5.4.5 OH-吸收峰移动机理5.5 本章小结6 双光子技术和双波长技术非挥发全息存储6.1 引言6.2 双色全息存储的基本原理6.3 双色全息存储性能研究3晶体的双色全息存储'>6.4 Hf（1mol.%）:Fe:Cu:LiNbO3晶体的双色全息存储4+离子对双色全息存储的影响'>6.4.1 Hf4+离子对双色全息存储的影响6.4.2 氧化还原处理对双色全息存储的影响6.5 双光子全息存储的非挥发性6.6 锰铁掺量对固定衍射效率的影响3晶体双波长非挥发存储'>6.7 Hf:Fe:Cu:LiNbO3晶体双波长非挥发存储6.8 蓝光光折变非挥发全息存储性能增强机理6.9 本章小结结论参考文献攻读学位期间发表的学术论文致谢
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