釕鐵系列鈮酸鋰晶體光折變及非揮發(fā)存儲性能研究.pdf

1、體全息存儲由于具有高的存儲密度、快速并行訪問和快速傳輸速度等特點而被認(rèn)為是新一代的存儲技術(shù)。鈮酸鋰(LiNbO3,縮寫LN)晶體是最重要的全息存儲介質(zhì)材料之一,它具有良好的光折變性能,如長的存儲壽命和高的衍射效率等。但是,純鈮酸鋰晶體存在響應(yīng)速度慢、抗光致散射能力弱和讀出過程的揮發(fā)性等問題,這些缺點限制了鈮酸鋰晶體的實際應(yīng)用。近年來改進(jìn)和優(yōu)化鈮酸鋰晶體的全息存儲性能具有越來越重要的意義。本論文中生長釕鐵系列摻雜鈮酸鋰晶體并研究了晶體的結(jié)

2、構(gòu)和光學(xué)性能;根據(jù)光譜特性研究了釕鐵系列鈮酸鋰晶體的缺陷結(jié)構(gòu);基于釕鐵雙光折變中心結(jié)構(gòu)提出了光折變動力學(xué)方程,并詳細(xì)分析了影響光折變效應(yīng)的因素;最后采用雙波長技術(shù)測試了晶體的非揮發(fā)全息存儲性能。
　　采用提拉法生長出了無宏觀缺陷、光學(xué)均勻性良好的釕鐵系列鈮酸鋰晶體。在晶體生長過程中,確定了最佳工藝參數(shù)(溫度梯度、旋轉(zhuǎn)速度和提拉速度),保證了固液界面的平坦,減小了分凝造成的晶體成分的不均勻。通過X射線衍射譜、紅外吸收光譜和紫外可見吸

3、收光譜研究了釕鐵系列鈮酸鋰晶體的缺陷結(jié)構(gòu)和離子占位。ICP-AES測試結(jié)果表明鋯離子的分凝系數(shù)在1附近變化。釕鐵鈮酸鋰晶體和鋯釕鐵鈮酸鋰晶體的光學(xué)均勻性采用雙折射梯度表征,結(jié)果顯示隨著鋯摻雜晶體的光學(xué)均勻性下降。測試了晶體的OH-紅外吸收光譜并采用洛倫茲方程擬合分析了鋯離子的占位信息。和釕鐵鈮酸鋰晶體相比,摻鋯后吸收邊向短波長方向移動,表明鋯離子以取代反位鈮的方式進(jìn)入晶格。當(dāng)晶體中鋰數(shù)量增加,吸收邊先藍(lán)移后紅移。當(dāng)鋯的摻雜濃度超過閾值時

4、,鋯離子同時占據(jù)鋰位和鈮位,形成3+-LiNbZr-Zr缺陷保持電荷平衡,由此提出了離子取代模型。
　　通過傳統(tǒng)二波耦合實驗研究了釕鐵系列鈮酸鋰晶體的光折變性能。討論了影響晶體光折變性能的因素如入射光波長、鋯離子摻雜濃度、氧化還原處理和鋰鈮比等。結(jié)果顯示釕鐵鈮酸鋰晶體在藍(lán)光下的衍射效率、響應(yīng)時間、記錄靈敏度和動態(tài)范圍等均優(yōu)于在紅光下的數(shù)值。另外,在釕鐵鈮酸鋰晶體中摻雜鋯離子可以提高晶體的藍(lán)光光折變性能。當(dāng)晶體中鋰鈮比接近化學(xué)計量比

5、時響應(yīng)時間進(jìn)一步縮短。由于鋯離子摻雜和鋰鈮比提高使晶體中本征缺陷(反位鈮和鋰空位)數(shù)量減少使得性能參數(shù)的提高。
　　采用透射光束光斑畸變和曝光能量流兩種方法研究了釕鐵系列鈮酸鋰晶體的抗光致散射性能。實驗中系統(tǒng)研究了鋯摻雜、氧化處理和鋰鈮比改變對晶體光致光散射的影響。結(jié)果顯示生長態(tài)的釕鐵鈮酸鋰晶體的光散射強于氧化態(tài)的晶體。鋯摻雜和提高鋰鈮比可以有效抑制晶體中的光散射現(xiàn)象。
　　分別使用雙波長和雙色技術(shù)研究了釕鐵系列鈮酸鋰晶體的