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第一章　铌酸锂晶体1

1.1　铌酸锂晶体概述1

1.2　铌酸锂晶体掺杂改性3

1.3　掺杂铌酸锂晶体的应用4

1.3.1　光学体全息存储4

1.3.2　热固定法6

1.3.3　电固定法6

1.3.4　双光子固定法7

1.3.5　单掺杂或非掺杂双光子固定法7

1.3.6　双掺杂双光子固定法8

1.4　光折变晶体的位相共轭9

1.5　全息关联存储10

1.6　集成光学的应用11

1.6.1　光波导简述11

1.6.2　光波导理论11

1.6.3　平面光波导的传播模式12

1.6.4　激光光束与波导之间的耦合方式13

1.6.5　基片的制备15

1.7　非线性光学的应用15

参考文献16

第二章　铌酸锂晶体的生长19

2.1　提拉法生长铌酸锂晶体19

2.1.1　原料合成19

2.1.2　原料的预烧结20

2.1.3　晶体生长20

2.1.4　设备安装21

2.1.5　溶质分疑和组分过冷22

2.1.6　铌酸锂晶体生长的工艺参数23

2.1.7　晶体生长过程25

2.1.8　晶体的极化26

2.1.9　晶体的加工27

2.2　单掺杂LiNbO3晶体的生长28

2.2.1　晶体生长和样品的制备28

2.2.2　提高铌酸锂晶体光折变效应的掺杂浓度29

2.2.3　氧化和还原处理30

2.3　单掺和双掺杂铌酸锂晶体（抗光损伤杂质）的生长31

2.3.1　掺抗光损伤杂质LiNbO3晶体的生长工艺32

2.3.2　防止晶体开裂33

2.3.3　生长条纹及其抑制34

2.4　不同Li/Nb比LiNbO3晶体的生长35

2.5　化学计量比铌酸锂晶体的生长37

2.5.1　双坩埚技术38

2.5.2　气相交换平衡法38

2.5.3　顶上籽晶熔液生长（TSSG）法（熔盐提拉法）生长化学计量比铌酸锂晶体39

2.6　提拉法生长晶体的优缺点39

2.7　坩埚下降法生长LiNbO3晶体40

参考文献41

第三章　铌酸锂晶体的光折变效应43

3.1　光折变效应简介43

3.2　光折变效应的特点43

3.3　光折变效应的发展44

3.4　光激发电场载流子的产生44

3.5　电荷载流子的输运45

3.5.1　扩散45

3.5.2　漂移46

3.5.3　光生伏打效应47

3.5.4　电荷输运方程48

3.6　光折变效应基本方程49

3.7　光致空间电荷场51

3.8　LiNbO3晶体中的光折变中心56

3.9　光折变效应的物理过程58

3.9.1　In:Ce:Cu:LiNbO3晶体中载流子输运模型59

3.9.2　双光子LiNbO3晶体的光伏场与光强的关系62

参考文献64

第四章　铌酸锂晶体的结构及缺陷66

4.1　铌酸锂晶体的基本结构66

4.2　铌酸锂晶体的本征缺陷结构70

4.3　铌酸锂晶体的非本征缺陷结构72

4.3.1　二价掺杂离子的占位73

4.3.2　高价掺杂离子的占位75

4.4　铌酸锂晶体中Li/Nb比对结构和性能的影响77

4.4.1　Li/Nb比对铌酸锂晶体Raman谱线宽的影响77

4.4.2　Li/Nb比对铌酸锂晶体居里温度的影响77

4.4.3　Li/Nb比对铌酸锂晶体折射率的影响78

4.4.4　Li/Nb比对相匹配角和相匹配温度的影响79

4.4.5　Li/Nb比对铌酸锂晶体密度和晶胞参数的影响79

4.4.6　Li/Nb比对铌酸锂晶体光折变性能的影响79

4.5　其他电荷输运模型80

4.5.1　电子-空穴竞争模型80

4.5.2　双中心电荷输运模型81

4.5.3　三价态电荷输运模型83

参考文献85

第五章　铌酸锂晶体的生长基元与结晶形貌88

5.1　化学键88

5.2　晶体构型与化学键89

5.3　晶体生长理论模型概述93

5.4　铌酸锂晶体的形貌94

5.4.1　晶体的结晶形貌94

5.4.2　LN晶体结构与形貌95

5.5　LN熔体结构与生长基元96

5.5.1　LN熔体结构96

5.5.2　LN晶体生长基元96

5.6　铌酸锂晶体的结晶习性97

5.6.1　铌酸锂晶体结晶学特征97

5.6.2　铌酸锂结晶习性98

5.7　影响晶体结晶形态的因素100

参考文献102

第六章　掺杂铌酸锂晶体双光束耦合及光折变性能104

6.1　双光束耦合理论104

6.2　掺杂铌酸锂薄晶体指数增益系数106

6.2.1　双光束耦合实验106

6.2.2　基于大角光致散射的机理分析108

6.3　Ce:Mn系列LiNbO3晶体的光学性能和光折变性能112

6.3.1　Ce:Mn系列铌酸锂晶体的原料配比112

6.3.2　差热分析结果113

6.3.3　晶体的极化及氧化还原处理114

6.3.4　氧化还原处理116

6.3.5　红外光谱测试结果117

6.3.6　OH－吸收峰移动机理研究118

6.3.7　紫外-可见吸收光谱分析120

6.3.8　Li/Nb比对Ce:Mn:LiNbO3的指数增益系数的影响123

6.3.9　双光束耦合衍射效率测试124

6.3.10　温度对Ce:Mn:LiNbO3晶体的指数增益系数的影响124

参考文献124

第七章　双掺杂铌酸锂晶体光折变效应126

7.1　双掺杂铌酸锂晶体光折变增强的理论研究126

7.1.1　双掺杂晶体中载流子输运模型126

7.1.2　双掺杂晶体的光折变动力学方程129

7.1.3　速率方程的稳态解130

7.2　双掺杂铌酸锂晶体光折变增强的实验研究133

7.3　Ce:Fe:LN晶体的光学性能和光折变性能136

7.3.1　Ce:Fe:LN晶体的成分配比137

7.3.2　居里温度137

7.3.3　Ce:Fe:LN晶体的极化138

7.3.4　铈铁系铌酸锂晶体晶格常数的计算及其结构分析138

7.3.5　紫外-可见光吸收光谱141

7.3.6　基础吸收边移动机理142

7.3.7　Ce:Fe:LN晶体的光折变性能145

参考文献145

第八章 掺杂铌酸锂晶体全息存储性能研究147

8.1　衍射效率147

8.1.1　静态型全息光栅的衍射效率147

8.1.2　动态型全息光栅的衍射效率148

8.2　光折变响应时间149

8.2.1　响应时间表达式150

8.2.2　光电导的测算150

8.2.3　响应时间的测试151

8.3　擦除时间151

8.4　光折变灵敏度151

8.5　体全息存储系统中光折变晶体的动态范围153

8.5.1　动态范围的引入及其定义153

8.5.2　动态范围M／＃的计算与优化153

8.5.3 LN晶体的M／＃154

8.6　掺铁LN晶体的存储性能157

8.6.1 Fe:LN晶体作为光折变体全息存储的首选材料的优点157

8.6.2　掺铁铌酸锂晶体全息存储性能的优化157

8.6.3　Fe:LN晶体全息存储性能研究159

8.7　Ce系LN晶体的生长的全息存储性能光学性能和全息存储性能160

8.7.1　Ce系LN晶体X射线衍射分析160

8.7.2　Ce系LN晶体光折变存储性能的测试161

8.8　铜铁系LN晶体的光折变存储性能162

8.8.1　Cu:Fe:LN晶体的光折变存储性能162

8.8.2　Cu:Fe:LN晶体的光折变存储性能163

参考文献166

第九章　掺杂铌酸锂晶体全息存储及其应用169

9.1　晶体存储技术的基本原理及研究意义169

9.2　光学体全息存储系统评价171

9.2.1　存储密度172

9.2.2　信噪比172

9.2.3　误码率172

9.2.4　存储密度和记录介质的动态范围173

9.2.5　Ce:Fe:LN系列铌酸锂晶体在光学体全息存储及其应用173

9.3　Zn:Fe:LN晶体在海量光学体全息存储及其应用175

9.3.1　海量光学体全息存储176

9.3.2　海量光学体全息存储的基本原理176

9.3.3　海量光学体全息存储系统的建立177

9.3.4　二维海量光学存储及识别系统的容量179

9.3.5　16级灰度图像的相关识别181

9.3.6　匹配滤波相关器181

9.3.7　角度复用的体全息相关器181

9.4　Fe:LN晶体体全息大容量存储实验182

9.4.1 实验装置182

9.4.2　读出图像强度分布的不均匀及其克服方法183

9.4.3　大容量存储实验186

参考文献189

第十章　光折变晶体中位相共轭效应及温度效应190

10.1 四波混频耦合波方程的数值解法190

10.2　掺杂LN晶体位相共轭性能研究194

10.2.1　掺杂LN晶体位相共轭性能测试194

10.2.2　掺杂LN晶体的位相共轭镜消除光波的位相畸变196

10.3　Ce:Mn:LN晶体的非简并四波混频196

10.3.1　实验装置和结果196

10.3.2　对实验现象的定性解释198

10.4　利用位相共轭镜（PCM）实现关联存储198

10.4.1　记忆单个物的关联存储198

10.4.2　记忆N个物的关联存储199

10.4.3　全息关联存储200

10.4.4　采用自泵浦位相共轭镜的关联存储器200

10.4.5　采用四波混频位相共轭镜的关联存储器201

10.4.6　外泵浦位相共轭激光器203

10.4.7　稳态输出特性204

10.5　铌酸锂晶体简并四波混频相位共轭的温度特性205

10.5.1　实验设备205

10.5.2　正常温度特性206

10.5.3　异常温度特性208

参考文献210

第十一章　铒系列铌酸锂晶体的光学性能212

11.1　Er:LiNbO3晶体的研究的意义及进展212

11.2　掺铒基质材料的选择与放大器基本原理213

11.3　Er:LiNbO3晶体的生长214

11.4　铒双掺铌酸锂晶体的吸收特性215

11.4.1　双掺Mg/Er-LiNbO3晶体的吸收特性215

11.4.2　双掺In/Er-LiNbO3晶体的吸收特性217

11.4.3　双掺Sc/Er-LiNbO3晶体的吸收特性217

11.5　铒双掺铌酸锂晶体的J-O理论分析219

11.5.1 Judd-Ofelt理论模型219

11.5.2 双掺Mg/Er-LiNbO3晶体的J-O理论分析221

11.5.3　双掺In/Er-LiNbO3晶体的J-O理论分析225

11.5.4 双掺Sc/Er-LiNbO3晶体的J-O理论分析228

参考文献231

第十二章　镁系列和锌系列铌酸锂晶体的光折变性能233

12.1　Mg系列LN晶体的光学性能和光折变性能233

12.1.1　Mg2＋浓度和Li/Nb摩尔比变化对LiNbO3晶体光学性能的作用和影响233

12.1.2　晶体生长和样品制备233

12.1.3　Mg:LN晶体光学性能测试234

12.1.4　Mg:LN晶体的紫外可见吸收光谱234

12.1.5　Mg:LN晶体吸收边移动机理235

12.1.6　Mg:LN晶体红外光谱测试236

12.1.7　OH-吸收峰移动机理236

12.1.8　Mg:LiNbO3晶体光损伤阈值增强研究237

12.2　Mg:Fe:LN晶体的光折变效应237

12.2.1　m线法测试Mg系列LN晶体波导基片光损伤238

12.2.2　光波导光损伤的测量结果239

12.3　Zn系列LN晶体的光学性能和光折变性能240

12.3.1　Zn:LN晶体的生长241

12.3.2　Raman光谱法测定晶格结构242

12.3.3　测试结果与晶体结构分析242

12.4　Zn:Fe:LN晶体的光学性能和存储性能246

12.4.1　Zn:Fe:LN晶体红外吸收光谱测试247

12.4.2　Zn:Fe:LN晶体紫外-可见吸收光谱测试247

12.4.3　晶体中掺杂离子浓度测定结果250

12.4.4　Zn:Fe:LN晶体抗光损伤性能252

12.4.5　全息存储性能测试253

12.4.6　空间电荷场和扩散场的计算结果254

参考文献255

第十三章　铟系列和钪系列铌酸锂晶体的光折变性能257

13.1　In:LN晶体和Sc:LN晶体光谱性能和抗光损伤257

13.1.1　Sc:LN晶体红外光谱测试258

13.1.2　In:LN晶体和Sc:LN晶体抗光损伤能力测试258

13.2　In:Ce:Cu:LN晶体的光折变体全息存储性能测试259

13.2.1　衍射效率和擦除时间的测量260

13.2.2　In:Ce:Cu:LN晶体的光折变体全息图像库的相关识别的应用261

13.3　不同Li/Nb比铟铁铌酸锂晶体光折变性能的研究263

13.3.1　晶体生长263

13.3.2　不同Li/Nb比铟铁铌酸锂晶体的缺陷结构264

13.4　In:Fe:LN晶体全息存储性能测试266

13.4.1　衍射效率测试266

13.4.2　响应时间和擦除时间的测量267

13.4.3　实验结果讨论267

13.5　In:Fe:LN晶体光折变性能的提高268

13.5.1　In掺杂的效果实验269

13.5.2　光折变性能的提高270

13.6　不同Li/Nb比Mg:Sc:Fe:LN晶体生长及光折变性能271

13.6.1　晶体生长及加工272

13.6.2　抗光致散射能力的测试272

13.6.3　二波耦合测试272

13.6.4　紫外可见吸收光谱273

13.6.5　红外光谱274

13.6.6　二波耦合及抗光损伤能力275

13.7　近化学计量比Zn:Sc:Fe:LN晶体位相共轭276

13.7.1　Zn:Sc:Fe:SLN晶体红外光谱276

13.7.2　Zn:Sc:Fe:SLN晶体位相共轭效应测试277

参考文献279

第十四章　锆系列铌酸锂晶体光折变性能280

14.1　Zr:LiNbO3晶体缺陷结构和抗光损伤性能280

14.1.1　Zr:LiNbO3晶体的生长和缺陷结构研究280

14.1.2　Zr:LiNbO3晶体抗光损伤研究281

14.1.3　Zr:LiNbO3晶体的光谱性能283

14.2　Li/Nb摩尔比变化对Zr:Fe:LiNbO3晶体光折变性能的影响285

14.2.1　Zr:Fe:LiNbO3晶体的生长285

14.2.2　Zr:Fe:LiNbO3晶体的抗光损伤286

14.2.3　Zr:Fe:LiNbO3晶体的红外光谱287

14.2.4　Zr:Fe:LiNbO3晶体指数增益系数288

14.2.5　Zr:Fe:LiNbO3晶体全息存储性能288

14.3　Zr:Fe:LiNbO3晶体四波混频位相共轭镜的关联存储性能289

14.3.1　Zr:Fe:LiNbO3晶体的生长和样品制备289

14.3.2　Zr:Fe:LiNbO3晶体的红外光谱290

14.3.3　m线法研究波导基片光损伤290

14.3.4　位相共轭性能测试291

14.3.5　Zr:Fe:LiNbO3晶体全息关联存储292

14.4　近化学计量比Zr:Fe:LiNbO3晶体的存储性能和缺陷结构293

14.4.1　Zr:Fe:SLiNbO3晶体的生长294

14.4.2　晶体性能测试294

14.4.3　Zr:Fe:SLiNbO3晶体全息存储性能295

14.4.4　Zr:Fe:SLiNbO3晶体全息存储系统295

参考文献297

第十五章　铪系列铌酸锂晶体光折变性能299

15.1　Hf:LiNbO3晶体的缺陷结构和抗光折变性能299

15.1.1　晶体样品的制备299

15.1.2　晶体光学均匀性299

15.1.3　Hf:LiNbO3晶体红外光谱300

15.1.4　全息法原理301

15.1.5　Hf:LiNbO3晶体抗光损伤302

15.2　不同［Li］／［Nb］比共掺Hf:Fe:LiNbO3晶体光折变指数增益的研究303

15.2.1　Hf:Fe:LiNbO3晶体红外光谱测试304

15.2.2　Hf:Fe:LiNbO3晶体抗光折变能力测试305

15.2.3　Hf:Fe:LiNbO3晶体指数增益系数305

15.3　Hf:Fe:LiNbO3晶体图像热固定及存储寿命的研究308

15.3.1　热固定原理309

15.3.2　Hf:Fe:LiNbO3晶体图像热固定实验310

15.3.3　Hf:Fe:LiNbO3晶体热固定衰减时间（存储寿命）的测试311

15.4　Hf:Cu:Fe:LiNbO3晶体非挥发全息存储313

15.4.1　晶体生长和样品制备314

15.4.2　Hf:Cu:Fe:LiNbO3晶体抗光致散射能力314

15.4.3　Hf:Cu:Fe:LiNbO3晶体抗光致散射能力的机理315

15.4.4　晶体全息存储性能315

15.5　晶体非挥发性全息存储316

15.5.1　Hf:Cu:Fe:LiNbO3晶体双光子固定316

15.5.2　Cu:Fe:LiNbO3晶体的非挥发性全息存储的记录方案研究317

参考文献317

第十六章　近化学计量比铌酸锂晶体的光学性能和光折变性能320

16.1　SLN晶体的生长及性能的研究320

16.1.1　SLN晶体的生长320

16.1.2　LN晶体的相位匹配和晶体中Li的浓度321

16.1.3　强还原SLN产生快的光折变响应322

16.2　SFe:LN光谱性能和光折变性能324

16.2.1　Fe:SLN性能的优点与缺点324

16.2.2　X射线衍射测试325

16.2.3　Fe:SLN杂质离子占位分析和红外光谱的测试329

16.2.4　Fe:SLN全息存储性能的要求331

16.2.5　Fe:SLN光折变性能的测试332

16.2.6　生长态Fe:SLN光折变性能333

16.3　TSSG法生长近化学计量比Fe:Mg:LN晶体的生长和存储性能研究335

16.3.1　实验335

16.3.2　Fe:Mg:LN晶体性能测试336

16.3.3　结果和讨论337

16.3.4　掺杂LN晶体OH-吸收峰移动机理337

16.3.5　Fe:Mg:LiNbO3晶体抗光损伤阈值338

16.3.6　大容量全息存储实验339

16.4　掺Mn近化学计量比铌酸锂晶体光学性能339

16.4.1　实验和结果340

16.4.2　铁电畴结构340

16.4.3　红外光谱340

参考文献341

第十七章　掺杂铌酸锂晶体倍频性能研究343

17.1　干涉照相法测试晶体双折射梯度343

17.1.1　双折射梯度自动扫描检测原理及装置344

17.1.2　测量结果及讨论346

17.1.3 由双折射梯度来估计消光比347

17.1.4　晶体倍频的基本原理347

17.1.5　两类相位匹配349

17.2　Mg:LN晶体与Zn:LN晶体的抗光损伤能力测试351

17.3　晶体倍频性能测试351

17.3.1 不同Li/Nb比Zn(6.5mo1%):LN晶体的倍频性能352

17.3.2 不同Li/Nb比Zn(6.5mo1%):LN晶体的生长工艺条件353

17.4 不同浓度Mg:LN晶体和不同浓度Zn:LN晶体的倍频性能354

17.5　角度匹配测试倍频转换效率355

17.6　暗迹的产生357

15.6.1　暗迹的吸收光谱359

17.6.2　氧化还原对Mg:LN晶体倍频转换效率的影响359

17.6.3　光致暗迹产生机理探讨360

参考文献361