光折变微结构的制作与分析

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1、独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得内蒙古师范大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示感谢。1．'‘签名：烬叠赴日期：≯叼年5月冲日关于论文使用授权的说明本学位论文作者完全了解内蒙古师范大学有关保留、使用学位论文的规定：内蒙古师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论

2、文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文，并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。h签名：班毒习u导师签名：凌移砂毫日期：朋年5月艿日第一章引言1．1光折变效应1．1．1光折变效应简介光折变效应(photorefractiveeffect)是光致折射率改变效应(photoinducedrefractiveindexchangeeffect)的简称，它是电光材料在光的辐照下由光强的空间分布引起材料折射率相应变化的一种非线性光学现象。光折变效应首先是由贝尔实验室

3、的Ashkin等人【l】于i965年存用铌酸锂(LiNb03)和钛酸钾(LiTa03)晶体做倍频实验时意外发现的。由于光辐照区域折射率的变化破坏了倍频产生的条件，从而降低了倍频转换的效率。当时他们把这种不期望的效应称作“光损伤’’(opticaldamage)。这种“光损伤”在光辐照停止后仍能够保持相当长的时间。基于这种性质，1968年chen等人【2渤首先认识到，利用这种“光损伤"效应可以进行光信息存储，并深入研究了该种效应的物理机制，提出了光激发载流子漂移模型，从此便得到了人们对它的普遍关注。由于这种“光损伤”可以在晶体被均匀光辐照和加热的情况下擦

4、洗掉，因而它是一种具有可逆性的损伤。为了与永久性的光损伤作区别，以后人们将其改称为“光折变效应’’，它实质上是一种光学非线性效应。光折变效应区别于强光非线性的标志是：它起因于入射光强的空间调制，而不是入射光的绝对光强。这表明，对于毫瓦甚至微瓦量级的弱光，如果辐照时间足够长那么也可以得到足够大的折射率改变。因此，人们通常又称其为弱光非线性。弱光非线性的发现无疑为非线性光学开拓了更为广泛的研究领域，它不仅可以在方便的时间尺度下观察和研究非线性光学现缘，而且使得实时地制作各种非线性光学元器件成为了可能。目前，利用光折变材料已能够成功制作诸多用途的非线性器件。

5、例如，光像放大器和振荡器，窄带滤波器和定向耦合器，自泵浦相位共轭器，三维光折变体全息存储器，空间光调制器以及光计算、集成光学、光学信息处理、神经网络技术方面的各种实用器件。1．1．2光折变效应产生的物理机制光折变效应是发生在电光材料中的一种电光现象。电光材料是具有电光效应(包括具有一次电光效应或二次电光效应)的材料，即折射率n随电场层发生变化的材料【4J，凡是电光系数足够大的电光材料均存在光折变效应，在电光介质中n随￡的变化很小。一次电光效应只存在于介质不具有对称中心的材料中；二次电光效应则可能存在于任何介质(甚至非晶体，液态的硝基苯，二硫化碳)之中【

6、4J。光折变过程的物理内蒙古师范大学硕士学位论文机制可以概括为以下5个步骤，如图1-1和1-2所示：(1)电光晶体内的杂质、缺陷和窄位作为电荷的施主或受主，在不均匀光辐照下，施主杂质被电离产生光激发载流子；(2)光激发载流子(在导带中的电子或价带中的空穴)通过浓度体梯度扩散或在外加电场或光生伏打效应作用下的漂移而运动；hv·—-----—￡-—--—___I卜珍杉刃乡,'／／／J／／／,∥夕杉∥么刃嚼L●LJr一一●L一导带旄主NDL受主N^区Z乙乙ZZ乙乙ZZ刁价带图1-1光折变模型15】(3)在辐照区的迁移电荷可以被陷阱重新俘获，它们经过激发、迁移

7、、俘获，再激发、直至到达暗区被处于深能级的受主重新俘获。形成了正、负电荷的空间分离，这种空间电荷的分离与光强的空间分布相对应；(4)这些光致分离的空间电荷在晶体内建立了相应的空间电荷场；(5)空间电荷场又通过电光效应在晶体内形成了与光强的空间分布相对应的折射率变化。袖甲竞

8、F丽ll。斗圆凇，避知圜喇匦△扣椭摊li}鼍}■；l圳【砷l；＼／＼／l棚椭II：：i：：：l■—l‘——“lUll；曩l凰li“力熊舻誉噩噩翻^～甲秽’汲朔÷l曼匡ii雪孙)盼舻空一'蠢曼l至三三三三三I邑(x)}．#—、一．Z、一j’’’。。种：埔口田州段恕一图1．2光析蛮鼬府的

9、{寸膨161光折变过程中的光生载流子(电子或空穴)主要来源于晶体中的杂质和缺陷。它们的能级位于