电子俘获材料在光信息处理中的应用

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1、电子俘获材料在光信息处理中的应用摘耍：用固相反应法制备了SrS:Eli,Sm电子俘获材料，根据电子俘获材料可存储、可擦除及饱和特性等实现了在图像存储、布尔逻辑运算及图像微分等方面的应用，同其它光信息处理元件相比，电子俘获材料具有非相干性、实时性、全并行性和图像清晰度高等优点，因而在光信息处理中具有广阔的应用前景，关键词：电子俘获；光存储；光激励发光；光信息处理自从1986年Lindmayer首次提出电子俘获材料这个概念后，这种新的光存储技术由于其高密度、快响应、高灵敏度等优点已引起各国科学家的广泛重视，近年來在各方面都取得了长足的进步，本文所研究的Sr

2、S:Eu,Sin属典型的碱土金属硫化物电子俘获材料，其写入光为420■,读出光为980■,读出发光为610nm.材料屮掺杂的Eu2+离子为发光屮心，为电子俘获屮心；由于陷阱很深，被俘获的电子不能在通常温度下通过热效应释出，于是电子就能长时间保存在陷阱中，但当用与陷阱深度相当的近红外光激励吋，电子就能从陷阱中释放出来，丼与发光屮心俘获的空穴复合发光，因而成为极具前途的光存储材料.但是由于其特冇的ns级响应速度、高灵敏度以及光学非线性等特点使得它在光信息处理中也表现出了广阔的应用前景，木文作者设计了一些实验，充分利用电子俘获材料的上述特点来探索其在图像存储

3、、布尔逻辑运算和图像微分方面的应用。1材料的制备实验中所采用的电子俘获材料为SrS：Ru,Sm.实验中所釆用的反应物为SrC03、S、SmF3,其屮EU203和SmF3的摩尔百分比都为0.5%.把反应物充分混合研磨后放入SK?系列管式电阻炉中，在108(TC的反应温度下烧结120min,经冷却后即制得了所需的产物5],再把材料研磨成粉末，加以环氧树脂和一定的凝固剂均匀地涂敷在洗净的玻璃片上，便得到SrS:Eu，Sm薄膜样品.2实验结果与讨论图1给出了材料在一定读出光(980nrn)激励下读出发光强度随写入光(420nm)福照吋间的线性关系，其屮写入光4

4、2nm读出光980nm,读出发光610nm.发现电子俘获薄膜在饱和写入能量以下、最低写入水平以上的区域，输出光强与写入能景成线性关系；在写入能量超过饱和能量时，在均匀红外读出光作用下，输出光强是相等的，即达到最大输出强度Imax,这就相当于一个特殊的取阈操作.时间/s图1光激励发光强度与写入光辐照时间的关系2.1图像存储用SrS:Eu，Sm材料制成的发光屏(50mmX50mm).用白炽灯加蓝色滤光片作为写入光源，半导体红外激光器产生的能量可调发光为读出光(980nm).使用扩束镜获得40隱X80mm的读出光斑(写入、读出光源及由电子俘获材料制成的发光屏

5、，下同).(a)掩膜首先在多次重复的大能量读出作用下将膜内陷阱中残留的电子倒空，然后用蓝光通过一个掩膜(如图2(a))照射膜层，将图像投射到屏上，约为10s，接着去掉掩膜，再用红外光照射屏，这样存储的阁像就以椾红光的形式再现如阁2(b).(h)实验结果像存储结果证明，实验过程可由在一定写入光波谱范工作的任何激光器来完成，写入光波段不仅乜括蓝光波段(400-500nm)还包括紫光或紫外光波段，这样就把一个由紫外或紫色光子携带的图像或信息进行了存储，并转变成了由橘红色光子携带的信息，研究表明电子俘获材料的掺杂不同可能导致输出光在绿光或者红光波段，这样将输出

6、橘红光的电子俘获材料与输出红光或绿光的材料组合使用，可得到多层次高密度存储元件.2.2布尔逻辑运算光学数字计算的关键技术之一是用光学的办法进行布尔逻辑运算。利用电子俘获材料的存储和可擦除特性，每个布尔逻辑运算就可以按照特定顺序进行一系列单元操作而得到，首先定义所谓的单元操作如下：(1)A定义为均匀蓝光照射电子俘获薄膜并使之饱和.(2)~定义为均匀红外光照射电子俘获薄膜，对实验结果进行读出.(3)Aa(或B)定义为用蓝光照射输入模式A(或B)，把A(或B)存入电子俘获薄膜.(4)Aa(或B)定义为用红外光照射输入模式A(或B),以把A(或B)从电子俘获薄

7、膜屮擦去.(5)AB定义为用蓝光把A、B(即A和B)写入电子俘获薄膜这一操作可以用蓝光照射串联的W个输入模式A和B得到.(6)AB定义为用红外光把A、B从薄膜中擦去.7个布尔逻辑函数中的每一次A与B的运算都可按一定顺序进行一系列单元操作得到，表1中给出了进行所有7个布尔逻辑运算的顺序，需要指出的是，在进行每个逻辑操作之前，耍用均匀红外光把电子俘获薄膜擦除干净，在每个逻辑运算之后，也要用均匀红外光来读出结果，根据这7种逻辑运算，就可以通过不同算法实现更复杂的逻辑运算，可以看到如果使用多个子掩膜构成大的输入模式，这样可以充分利用电子俘获材料屏的T•而空间，

8、在屏的不同区域同时进行逻辑运算，这就实现了并行逻辑处理，这在光通讯、光存储以及光计算的实际设计