光折變微結構的制作與分析

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1、獨創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學位論文是本人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果，盡我所知，除了文中特別加以標注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含本人為獲得內蒙古師范大學或其它教育機構的學位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示感謝。1．'‘簽名：燼疊赴日期：≯叼年5月沖日關于論文使用授權的說明本學位論文作者完全了解內蒙古師范大學有關保留、使用學位論文的規(guī)定：內蒙古師范大學有權保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱，可以將學位論

2、文的全部或部分內容編入有關數據庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存、匯編學位論文，并且本人電子文檔的內容和紙質論文的內容相一致。保密的學位論文在解密后也遵守此規(guī)定。h簽名：班毒習u導師簽名：凌移砂毫日期：朋年5月艿日第一章引言1．1光折變效應1．1．1光折變效應簡介光折變效應(photorefractiveeffect)是光致折射率改變效應(photoinducedrefractiveindexchangeeffect)的簡稱，它是電光材料在光的輻照下由光強的空間分布引起材料折射率相應變化的一種非線性光學現象。光折變效應首先是由貝爾實驗室

3、的Ashkin等人【l】于i965年存用鈮酸鋰(LiNb03)和鈦酸鉀(LiTa03)晶體做倍頻實驗時意外發(fā)現的。由于光輻照區(qū)域折射率的變化破壞了倍頻產生的條件，從而降低了倍頻轉換的效率。當時他們把這種不期望的效應稱作“光損傷’’(opticaldamage)。這種“光損傷”在光輻照停止后仍能夠保持相當長的時間?；谶@種性質，1968年chen等人【2渤首先認識到，利用這種“光損傷"效應可以進行光信息存儲，并深入研究了該種效應的物理機制，提出了光激發(fā)載流子漂移模型，從此便得到了人們對它的普遍關注。由于這種“光損傷”可以在晶體被均勻光輻照和加熱的情況下擦

4、洗掉，因而它是一種具有可逆性的損傷。為了與永久性的光損傷作區(qū)別，以后人們將其改稱為“光折變效應’’，它實質上是一種光學非線性效應。光折變效應區(qū)別于強光非線性的標志是：它起因于入射光強的空間調制，而不是入射光的絕對光強。這表明，對于毫瓦甚至微瓦量級的弱光，如果輻照時間足夠長那么也可以得到足夠大的折射率改變。因此，人們通常又稱其為弱光非線性。弱光非線性的發(fā)現無疑為非線性光學開拓了更為廣泛的研究領域，它不僅可以在方便的時間尺度下觀察和研究非線性光學現緣，而且使得實時地制作各種非線性光學元器件成為了可能。目前，利用光折變材料已能夠成功制作諸多用途的非線性器件。

5、例如，光像放大器和振蕩器，窄帶濾波器和定向耦合器，自泵浦相位共軛器，三維光折變體全息存儲器，空間光調制器以及光計算、集成光學、光學信息處理、神經網絡技術方面的各種實用器件。1．1．2光折變效應產生的物理機制光折變效應是發(fā)生在電光材料中的一種電光現象。電光材料是具有電光效應(包括具有一次電光效應或二次電光效應)的材料，即折射率n隨電場層發(fā)生變化的材料【4J，凡是電光系數足夠大的電光材料均存在光折變效應，在電光介質中n隨￡的變化很小。一次電光效應只存在于介質不具有對稱中心的材料中；二次電光效應則可能存在于任何介質(甚至非晶體，液態(tài)的硝基苯，二硫化碳)之中【

6、4J。光折變過程的物理內蒙古師范大學碩士學位論文機制可以概括為以下5個步驟，如圖1-1和1-2所示：(1)電光晶體內的雜質、缺陷和窄位作為電荷的施主或受主，在不均勻光輻照下，施主雜質被電離產生光激發(fā)載流子；(2)光激發(fā)載流子(在導帶中的電子或價帶中的空穴)通過濃度體梯度擴散或在外加電場或光生伏打效應作用下的漂移而運動；hv·—-----—￡-—--—___I卜珍杉刃鄉(xiāng),'／／／J／／／,∥夕杉∥么刃嚼L●LJr一一●L一導帶旄主NDL受主N^區(qū)Z乙乙ZZ乙乙ZZ刁價帶圖1-1光折變模型15】(3)在輻照區(qū)的遷移電荷可以被陷阱重新俘獲，它們經過激發(fā)、遷移

7、、俘獲，再激發(fā)、直至到達暗區(qū)被處于深能級的受主重新俘獲。形成了正、負電荷的空間分離，這種空間電荷的分離與光強的空間分布相對應；(4)這些光致分離的空間電荷在晶體內建立了相應的空間電荷場；(5)空間電荷場又通過電光效應在晶體內形成了與光強的空間分布相對應的折射率變化。袖甲競

8、F麗ll。斗圓凇，避知圜喇匭△扣橢攤li}鼉}■；l圳【砷l；＼／＼／l棚橢II：：i：：：l■—l‘——“l(fā)Ull；曩l凰li“力熊艫譽噩噩翻^～甲穢’汲朔÷l曼匡ii雪孫)盼艫空一'蠢曼l至三三三三三I邑(x)}．#—、一．Z、一j’’’。。種：埔口田州段恕一圖1．2光析蠻鼬府的

9、{寸膨161光折變過程中的光生載流子(電子或空穴)主要來源于晶體中的雜質和缺陷。它們的能級位于