純LiNbO3晶體與鈰鐵摻雜LiNbO3晶體全息存儲性能對比研究

陳浩

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

【關鍵詞】衍射效率；響應時間；純LiNbO3晶體；摻雜LiNbO3晶體

0 引言

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

1 實驗過程

試驗裝置如圖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。功率計用來測量衍射光束的功率。實驗晶體選用一35mm×15mm×15mm的純LiNbO3晶體和一8mm×8mm×8mm的鈰鐵摻雜LiNbO3晶體。實驗主要研究晶體體光柵形成過程中的響應時間、擦除時間特性以及物光束與參考光束以不同夾角入射時，晶體內(nèi)體光柵存儲性能的變化情況。

定義衍射效率η=Id / IR，IR為讀出光光強，Id為衍射光光強，表示讀出光向衍射光轉(zhuǎn)移能量的強弱[3]。響應時間τsc為衍射效率達到飽和穩(wěn)定值的1/e所需的時間。根據(jù)衍射效率研究得到的曲線，便可得到晶體的響應時間τsc。實驗每間隔5s測一次衍射光功率，因讀取時為瞬時讀取，對晶體內(nèi)體相位光柵擦除較少，因此造成的誤差可忽略不計。擦除實驗中，先讓晶體衍射效率達到飽和，再關閉物光S。以5s的時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473nm的藍光激光器。在晶體響應時間及擦除時間研究的基礎上，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系。

2 實驗結(jié)果及分析

圖2為純LiNbO3晶體衍射效率隨光照時間變化圖線，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到最大值11.69%。據(jù)響應時間的定義可知純LiNbO3晶體的響應時間τsc=1060s。

圖3為鈰鐵摻雜LiNbO3晶體的響應時間與擦除時間特性曲線，與LiNbO3晶體響應時間1060s相比，鈰鐵摻雜LiNbO3晶體響應時間τsc=22s，響應更快。在進行體全息存儲時，更有利于光信息的快速寫入讀取。理論認為寫入時間特性與擦除時間特性具有對稱性，但本次實驗測的的結(jié)果并非對稱，并且擦除時間要長于響應時間。原因之一在于擦除實驗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)出不對稱的特點[4]。

探究衍射效率與入射光束夾角間的關系時，將實驗數(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系。實線為LiNbO3晶體衍射效率與入射光束夾角之間的關系。兩種晶體角度響應在15°～30°之間變化，說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)衍射效率變化相對平緩。對于LiNbO3晶體，當夾角為18.414°時衍射效率取得最大值11.6%。整體而言，角度在17°～27°時LiNbO3晶體衍射效率比鈰鐵摻雜LiNbO3晶體衍射效率要高，因此單從存儲圖像質(zhì)量上來說，LiNbO3晶體的全息存儲性能要更優(yōu)。

3 結(jié)論

本實驗主要選取衍射效率與響應時間兩個參量對比分析純LiNbO3晶體與鈰鐵摻雜LiNbO3晶體進行全息存儲時性能的優(yōu)劣。實驗結(jié)果表明鈰鐵摻雜LiNbO3晶體的響應時間為22s遠低于純LiNbO3晶體的1060s。其次，當物光與參考光夾角在17°～27°時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】

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

[2]徐朝鵬，孫燕，王利栓，等.銦鈰銅鈮酸鋰晶體光譜特性及抗光損傷能力[J].紅外與激光工程，2010，39（4）：698-701.

[3]馬德才.鋅摻雜鈮酸鋰和鉭酸鋰晶體的生長和結(jié)構(gòu)及性能的研究[D].哈爾濱工業(yè)大學，2007.

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

[責任編輯：田吉捷]