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适量的光折变离子或抗光折变离子，掺杂后

2、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:LiNbO3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

3、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、532

4、nm、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

5、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，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；

6、Ce:Fe:LiNbO3晶体；衍射效率；响应时间TheResearchonVolumeHolographicStorageofCeFeDopedLithiumNiobateCrystalDiscipline:OpticsAbstractWiththeincreasingdemandsofbigdatastorageintheinformationsociety,holographicopticalstoragetechnologyhasbecomeanimportantdirectionforthefuturedevelopmentofstoragetech

7、nologyduetoitslargestoragecapacityandfastwritingspeed.Ithavetheadvantagesofsimplegrowthprocess,easyadjustment,highdiffractionefficiency,andexcellentholographicstorageperformance.Dopedlithiumniobatecrystalsaredopedwithappropriateamountofphotorefractiveionsoranti-refractiveionsinpure

8、lithiumniobatecrystals,and