铈铁掺杂铌酸锂晶体全息存储特性研究

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1、密级公开分类号O43XI’ANTECHNOLOGICALUNIVERSITY硕士学位论文题目:铈铁掺杂铌酸锂晶体全息存储特性研究作者：陈浩指导教师：王晓颖申请学位学科：光学2018年5月8日铈铁掺杂铌酸锂晶体全息存储特性研究学科：光学摘要随着信息社会对大数据存储要求的提高，光学体全息存储技术逐渐因其存储容量大、写入速度快等特点成为未来存储技术发展的一大重要方向。铌酸锂系列晶体是体全息存储技术研究较为广泛的存储材料之一，具有生长工艺简单、易调节、衍射效率高等优点，体全息存储性能表现优异。掺杂铌酸锂晶体是在纯铌酸锂晶体中掺杂

2、适量的光折变离子或抗光折变离子，掺杂后的铌酸锂晶体在某些方面性能将得到大幅提升。本文采用一块Ce、Fe掺杂比例为0.55%∶0.55%的Ce:Fe:LiNbO3晶体为研究对象，在光折变理论及体全息理论的研究基础上，对其作为体全息存储材料的存储特性进行研究。1）通过Ce:Fe:LiNbO3晶体的光感应光散射实验研究，发现采用532nm波长绿光以e光垂直照射该晶体，在晶体后部观察到对称分布的散射光扇，并且随着照射时间的增大光扇面积将增大，散射率也随之增大。当照射时间t=1040s时，散射率达到49%。研究表明Ce:Fe:Li

3、NbO3晶体与纯LiNbO3晶体相比，因其掺杂两种光折变因子，光感应光散射现象更严重，对全息存储有不利影响。2）通过对晶体响应时间和衍射效率的实验研究，得到该掺杂晶体的响应时间范围在22s~29s间。在相同实验条件下，纯LiNbO3晶体的响应时间约为1060s。与其他课题组研究结果对比，可认为Ce:Fe:LiNbO3晶体响应时间更短，这将有利于信息的快速存储和读取。同时，晶体衍射效率会随两入射光夹角变化而有所改变，Ce:Fe:LiNbO3晶体入射角在20°左右时有最大衍射效率，ηmax=7.06%。与纯铌酸锂晶体最大衍射

4、效率11.6%相比，Ce:Fe:LiNbO3晶体衍射效率稍弱。3）通过波长响应实验研究，分别采用473nm、532nm、671nm三种波长光源进行全息存储实验，其结果表明无论是掺杂铌酸锂晶体还是纯铌酸锂晶体，都对波长为532nm的绿光更为敏感，因此，这两种晶体进行体全息存储时更适宜选用532nm波长的激光器做为光源。4）基于Ce:Fe:LiNbO3晶体的图像信息存储实验研究，当改变入射光斑交汇点与晶体前端面间的距离时，随着光斑交汇点由晶体正前方依次向晶体内部移动，再现像像质变化由差变好再变差。且光斑交汇点位置在晶体前端面

5、后1.0mm（晶体内部1.0mm）处，再现像像质最好；保持光斑交汇点位置在晶体前端面后1.0mm不变，改变入射光斑大小，使参考光光斑直径小于、等于、大于信号光光斑直径，发现两入射光光斑直径相等时再现像像质最好，衍射效率最高；改变入射光调制度，发现当信号光光强与参考光光强相近，调制度趋近1时，晶体衍射效率最高。上述研究表明入射光参数的改变将对全息存储再现像产生很大影响。5）利用1）~4）得到的Ce:Fe:LiNbO3晶体全息存储最优条件，通过对该晶体的快速存储及读取实验研究，结果表明写入时间为0.2s即能读出较清晰的再现像

6、，写入时间为6s~8s再现像像质最好，写入时间超过10s后，再现图像失真逐渐严重。因此，该掺杂晶体在百毫秒级时间存储后即能读取出保真度较高的再现像，快速存储读取性能较优。关键词：体全息存储；Ce:Fe:LiNbO3晶体；衍射效率；响应时间TheResearchonVolumeHolographicStorageofCeFeDopedLithiumNiobateCrystalDiscipline:OpticsAbstractWiththeincreasingdemandsofbigdatastorageintheinfor

7、mationsociety,holographicopticalstoragetechnologyhasbecomeanimportantdirectionforthefuturedevelopmentofstoragetechnologyduetoitslargestoragecapacityandfastwritingspeed.Ithavetheadvantagesofsimplegrowthprocess,easyadjustment,highdiffractionefficiency,andexcellenth

8、olographicstorageperformance.Dopedlithiumniobatecrystalsaredopedwithappropriateamountofphotorefractiveionsoranti-refractiveionsinpurelithiumniobatecrystals,and