調(diào)制度對(duì)鈰鐵摻雜LiNbO3晶體衍射效率影響研究

陳浩+李惠

摘 要：文章設(shè)計(jì)出基于二波耦合理論的實(shí)驗(yàn)圖，研究了調(diào)制度對(duì)鈰鐵摻雜LiNbO3晶體衍射效率影響。理論分析得到光束調(diào)制度通過影響光柵分布進(jìn)而影響衍射效率，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)隨著調(diào)制度接近于1，晶體飽和衍射效率快速增加。

關(guān)鍵詞：衍射效率；調(diào)制度；摻雜LiNbO3晶體

中圖分類號(hào)：O734 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）30-0022-02

引言

晶體光學(xué)材料領(lǐng)域，對(duì)摻雜LiNbO3晶體的研究由來已久。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[1]。一般摻雜粒子的選取分兩種，一種是摻雜有利于提高晶體光折變性能的粒子，如Fe、Ce、Mn等[2]，另一種是為了增強(qiáng)晶體的抗光致散射的粒子，如Mg、Zn等粒子。本實(shí)驗(yàn)將對(duì)鈰鐵兩種元素?fù)诫s的LiNbO3晶體進(jìn)行研究，探究其在光折變效應(yīng)過程中雙光束的調(diào)制度對(duì)晶體衍射效率的影響。

1 實(shí)驗(yàn)過程

實(shí)驗(yàn)裝置如圖1，從532nm綠光激光器發(fā)射出的激光束通過半波片變?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)用來測(cè)量衍射光束的功率。實(shí)驗(yàn)晶體選用一塊8mm×8mm×8mm的鈰鐵摻雜LiNbO3晶體。

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)，η表示讀出光向衍射光轉(zhuǎn)移能量的強(qiáng)弱[3]。實(shí)驗(yàn)中先用功率計(jì)測(cè)量物光和參考光的功率，待光信息充分存儲(chǔ)后。關(guān)閉物光束，以參考光充作讀出光對(duì)晶體內(nèi)體相位光柵信息進(jìn)行讀取測(cè)出衍射光功率。測(cè)量結(jié)束后，用功率100mw波長(zhǎng)473nm的藍(lán)光激光器充分照射晶體，對(duì)晶體內(nèi)體相位光柵進(jìn)行擦除。改變物光與參考光功率之比，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

根據(jù)Kogelnik的理論[5]，如果考慮光對(duì)光折變晶體反射和吸收的因素，可以根據(jù)以下公式計(jì)算衍射效率：

式（6）中R為晶體表面的反射率，α為晶體的吸收系數(shù)，θ為激光束入射時(shí)與晶體光軸的夾角，d為晶體內(nèi)的有效作用長(zhǎng)度，一般近似取晶體的厚度，λ為入射光在真空中的波長(zhǎng)。忽略吸收和反射，上式可變?yōu)椋?/p>

本次實(shí)驗(yàn)中通過記錄物光光束功率I1、參考光光束功率I2，及對(duì)應(yīng)的飽和衍射效率η，整理數(shù)據(jù)得圖2。

由式（3）可知，調(diào)制度m≤1，當(dāng)I1=I2時(shí)有m=1。即當(dāng)參考光光束功率與物光光束功率大小相等時(shí)調(diào)制度取1。結(jié)合圖2來看，隨著調(diào)制度m的增加晶體能達(dá)到的飽和衍射效率隨之增加，m<0.7時(shí)，飽和衍射效率隨m的升高增加緩慢。0.7

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)主要研究了鈰鐵摻雜LiNbO3晶體二波耦合過程中，物光束與參考光束的調(diào)制度m對(duì)晶體衍射效率的影響。理論分析認(rèn)為，物光與參考光光束的調(diào)制度將引起晶體內(nèi)相位光柵n的改變，而n的分布規(guī)律又將影響到衍射效率的高低。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著調(diào)制度m趨近于1，即參考光光束與物光光束功率相等時(shí)，晶體飽和衍射效率能達(dá)到最大。因此，在做晶體存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)中，為了得到更優(yōu)的存儲(chǔ)效果，物光與參考光束功率應(yīng)保持相等。

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