純LiNbO3晶體與鈰鐵摻雜LiNbO3晶體全息存儲(chǔ)性能對(duì)比研究

陳浩

【摘 要】本文從衍射效率和響應(yīng)時(shí)間兩個(gè)方面對(duì)比研究了純LiNbO3晶體和鈰鐵摻雜LiNbO3晶體做全息存儲(chǔ)介質(zhì)性能的優(yōu)劣。結(jié)果發(fā)現(xiàn)鈰鐵摻雜LiNbO3晶體響應(yīng)時(shí)間更短，純LiNbO3晶體在物光與參考光夾角為17°～27°時(shí)衍射效率更高。

【關(guān)鍵詞】衍射效率；響應(yīng)時(shí)間；純LiNbO3晶體；摻雜LiNbO3晶體

0 引言

目前在光折變晶體研究領(lǐng)域中，對(duì)摻雜LiNbO3晶體的研究是一個(gè)重要方向。摻入不同類型、不同濃度的雜質(zhì)粒子對(duì)LiNbO3晶體的光折變性能影響也不盡相同[2]。針對(duì)鈰鐵摻雜LiNbO3晶體的研究文獻(xiàn)目前還很少，因此本文基于耦合波理論對(duì)其全息存儲(chǔ)性能與純LiNbO3晶體進(jìn)行了對(duì)比研究。

1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

試驗(yàn)裝置如圖1，從532nm綠光激光器發(fā)射出的激光束通過(guò)半波片變?yōu)閑光，經(jīng)分束鏡分為相干的兩束光，一束光做參考光R，另一束光做物光S。參考光R與物光S共同照射到晶體表面建立體相位光柵。功率計(jì)用來(lái)測(cè)量衍射光束的功率。實(shí)驗(yàn)晶體選用一35mm×15mm×15mm的純LiNbO3晶體和一8mm×8mm×8mm的鈰鐵摻雜LiNbO3晶體。實(shí)驗(yàn)主要研究晶體體光柵形成過(guò)程中的響應(yīng)時(shí)間、擦除時(shí)間特性以及物光束與參考光束以不同夾角入射時(shí)，晶體內(nèi)體光柵存儲(chǔ)性能的變化情況。

定義衍射效率η=Id / IR，IR為讀出光光強(qiáng)，Id為衍射光光強(qiáng)，表示讀出光向衍射光轉(zhuǎn)移能量的強(qiáng)弱[3]。響應(yīng)時(shí)間τsc為衍射效率達(dá)到飽和穩(wěn)定值的1/e所需的時(shí)間。根據(jù)衍射效率研究得到的曲線，便可得到晶體的響應(yīng)時(shí)間τsc。實(shí)驗(yàn)每間隔5s測(cè)一次衍射光功率，因讀取時(shí)為瞬時(shí)讀取，對(duì)晶體內(nèi)體相位光柵擦除較少，因此造成的誤差可忽略不計(jì)。擦除實(shí)驗(yàn)中，先讓晶體衍射效率達(dá)到飽和，再關(guān)閉物光S。以5s的時(shí)間間隔用均勻光照射晶體，使晶體內(nèi)體相位光柵被擦除。擦除所用激光器為功率100mw波長(zhǎng)473nm的藍(lán)光激光器。在晶體響應(yīng)時(shí)間及擦除時(shí)間研究的基礎(chǔ)上，改變物光束S與參考光束R的夾角2θ，探究衍射效率與入射光束夾角間的關(guān)系。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

圖2為純LiNbO3晶體衍射效率隨光照時(shí)間變化圖線，在0～500s內(nèi)晶體內(nèi)體相位光柵建立速度相對(duì)緩慢，從500s開始到2000s晶體內(nèi)體相位光柵建立速度由慢到快再變慢。2000s之后雖然衍射效率依然有小部分增加，但總體趨于平緩，最終飽和衍射效率達(dá)到最大值11.69%。據(jù)響應(yīng)時(shí)間的定義可知純LiNbO3晶體的響應(yīng)時(shí)間τsc=1060s。

圖3為鈰鐵摻雜LiNbO3晶體的響應(yīng)時(shí)間與擦除時(shí)間特性曲線，與LiNbO3晶體響應(yīng)時(shí)間1060s相比，鈰鐵摻雜LiNbO3晶體響應(yīng)時(shí)間τsc=22s，響應(yīng)更快。在進(jìn)行體全息存儲(chǔ)時(shí)，更有利于光信息的快速寫入讀取。理論認(rèn)為寫入時(shí)間特性與擦除時(shí)間特性具有對(duì)稱性，但本次實(shí)驗(yàn)測(cè)的的結(jié)果并非對(duì)稱，并且擦除時(shí)間要長(zhǎng)于響應(yīng)時(shí)間。原因之一在于擦除實(shí)驗(yàn)中使用均勻光照射晶體，因此單位面積上晶體接收的能量較少，擦除速度更慢。其次，寫入和擦除靈敏度表現(xiàn)出不對(duì)稱的特點(diǎn)[4]。

探究衍射效率與入射光束夾角間的關(guān)系時(shí)，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理得到圖4，其中虛線表示鈰鐵摻雜LiNbO3晶體衍射效率與入射光束夾角之間的關(guān)系。實(shí)線為L(zhǎng)iNbO3晶體衍射效率與入射光束夾角之間的關(guān)系。兩種晶體角度響應(yīng)在15°～30°之間變化，說(shuō)明衍射效率具有角度選擇性。鈰鐵摻雜LiNbO3晶體夾角在20.626°時(shí)衍射效率取得最大值為7.06%，在極值兩側(cè)衍射效率變化相對(duì)平緩。對(duì)于LiNbO3晶體，當(dāng)夾角為18.414°時(shí)衍射效率取得最大值11.6%。整體而言，角度在17°～27°時(shí)LiNbO3晶體衍射效率比鈰鐵摻雜LiNbO3晶體衍射效率要高，因此單從存儲(chǔ)圖像質(zhì)量上來(lái)說(shuō)，LiNbO3晶體的全息存儲(chǔ)性能要更優(yōu)。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)主要選取衍射效率與響應(yīng)時(shí)間兩個(gè)參量對(duì)比分析純LiNbO3晶體與鈰鐵摻雜LiNbO3晶體進(jìn)行全息存儲(chǔ)時(shí)性能的優(yōu)劣。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明鈰鐵摻雜LiNbO3晶體的響應(yīng)時(shí)間為22s遠(yuǎn)低于純LiNbO3晶體的1060s。其次，當(dāng)物光與參考光夾角在17°～27°時(shí)LiNbO3晶體衍射效率比鈰鐵摻雜LiNbO3晶體衍射效率要高。

【參考文獻(xiàn)】

[1]江竹青.光折變晶體中高密度全息存儲(chǔ)熱固定技術(shù)的研究[D].北京工業(yè)大學(xué)，2003.

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[4]郭云波.鈮酸鋰晶體體全息存儲(chǔ)性能的優(yōu)化和應(yīng)用研究[D].清華大學(xué)，2005.

[責(zé)任編輯：田吉捷]