3.4.1光折变效应简介 光折变效应是光致折射率变化效应的简称 其含义是电光材料在光辐照下,折射率随 光强的空间分布而变化。 2)光折变效应首先是由贝尔实验室工作的 Ashkin等人于60年代发现的。当初称为光 损伤。 3)光致折射率变化与通常在强光作用下所引 起的非线性折射率变化的机制完全不同, 后者起因于光致瞬态非线性电极化
3.4.1 光折变效应简介 1) 光折变效应是光致折射率变化效应的简称, 其含义是电光材料在光辐照下,折射率随 光强的空间分布而变化。 2) 光折变效应首先是由贝尔实验室工作的 Ashkin等人于60年代发现的。当初称为光 损伤。 3) 光致折射率变化与通常在强光作用下所引 起的非线性折射率变化的机制完全不同, 后者起因于光致瞬态非线性电极化
光折变材料具有较大的电光系数,与一般在 高功率激光场作用下的非线性光学材料相比 有两个显著的特点 (1)光折变材料的光学非线性效应与光强无 关 (2)光折变材料具有非局域响应 光折变材料能做成各种用途的非线性光学器 件。如体全息实时存储器、光放大器、光振 荡器、相位共轭器、空间光调制器等
◼ 光折变材料具有较大的电光系数,与一般在 高功率激光场作用下的非线性光学材料相比 有两个显著的特点 (1)光折变材料的光学非线性效应与光强无 关。 (2)光折变材料具有非局域响应。 ◼ 光折变材料能做成各种用途的非线性光学器 件。如体全息实时存储器、光放大器、光振 荡器、相位共轭器、空间光调制器等
折射率光栅的建立 (1)在适当波长的空间非均匀分布的光辐照下,晶 体内的施主(受主)心被电离产生电子(空穴);同时 电子(空穴)从中间能级受激跃迁至导带(价带)。 ■(2)光激发载流子在导带(价带)内可自由迁移;光 激发载流子具有三种迁移机制:扩散(载流子由于 浓度不同而扩散迁移)、漂移(载流子在外场或晶 体内极化电场作用下的漂移)和异常光生伏打效应 (均匀铁电体材料在均匀光照下,产生沿自发极化 方向的光生伏打电流)。在光折变效应中,上述 种迁移机制单独作用或联合作用完成了光折变晶 体内部载流子的迁移过程
折射率光栅的建立 ◼ (1) 在适当波长的空间非均匀分布的光辐照下,晶 体内的施主(受主)心被电离产生电子(空穴);同时 电子(空穴)从中间能级受激跃迁至导带(价带)。 ◼ (2) 光激发载流子在导带(价带)内可自由迁移;光 激发载流子具有三种迁移机制:扩散 (载流子由于 浓度不同而扩散迁移)、漂移 (载流子在外场或晶 体内极化电场作用下的漂移) 和异常光生伏打效应 (均匀铁电体材料在均匀光照下,产生沿自发极化 方向的光生伏打电流)。在光折变效应中,上述三 种迁移机制单独作用或联合作用完成了光折变晶 体内部载流子的迁移过程
折射率光栅的建立 (3)迁移的电子(空穴)可以被重新俘获,经 过再激发、再迁移、再俘获,最终离开光照 区而在暗光区被电子(空穴)陷阱俘获。由此 导致晶体内空间电荷分布的变化,使空间电 荷分离,从而形成了相应于光场分布的空间 电荷场 (4)空间电荷场通过线性电光效应(泡克 斯效应),在晶体内形成折射率的空间调伟 变化,产生折射率调制的位相光栅
折射率光栅的建立 ◼ (3) 迁移的电子(空穴)可以被重新俘获,经 过再激发、再迁移、再俘获,最终离开光照 区而在暗光区被电子(空穴)陷阱俘获。由此 导致晶体内空间电荷分布的变化,使空间电 荷分离,从而形成了相应于光场分布的空间 电荷场。 ◼ (4) 空间电荷场通过线性电光效应(泡克尔 斯效应),在晶体内形成折射率的空间调制 变化,产生折射率调制的位相光栅
折射率光栅的建立 光折变效应的物理过程可概括为: (1)非均匀分布的光激发载流子的过程 (2)光激载流子迁移和被俘获导致空间电荷 场产生的过程; (3)空间电荷场通过线性电光效应引起的折 射率调制过程
折射率光栅的建立 ◼ 光折变效应的物理过程可概括为: (1)非均匀分布的光激发载流子的过程; (2)光激载流子迁移和被俘获导致空间电荷 场产生的过程; (3)空间电荷场通过线性电光效应引起的折 射率调制过程
光折变过程的能级图 以Fe:LNbO3为例 (b) 说明 导带 Fe3+和Fe2+ (a)光电离,(b)扩 a 散,(c)复合,(d) Fe 形成空间电荷并产 Fe 2+ 生电场。Fe2+杂质 中心作为施主,电价带 离后变成Fe3+,而 (d) +十 Fe3+中心作为陷阱 复合后变成Fe2+
光折变过程的能级图 ◼ 以Fe:LiNbO3为例 说明 ◼ Fe3+和Fe2+ ◼ (a)光电离,(b)扩 散,(c)复合,(d) 形成空间电荷并产 生电场。Fe2+杂质 中心作为施主,电 离后变成Fe3+,而 Fe3+中心作为陷阱, 复合后变成Fe2+。 +++ +++ - - - - - - (d) (c) (b) (a) F e3 + 价带 导带 F e2 +
光折变过程 33 (x) 十二=十+二二牛+二二++二 休人入 匡彐 △(x)
光折变过程 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - x I(x) E(x) n(x) g
1.带输运模型 不动的电离施主随时间的变化率方程 Fe: Linbo aN o=(s1+B1)(ND-N)- YPND N→F2(施主) 自由电子的连续性方程: N→F3+(受主) d0 oN 1 at ND-Nb→剩余的F2 电流方程: N4=N(I=0 J=uepEsC+pI( -ND)-ukBTVp 空间电荷分布形成局域电场,满足高斯定理: V eso=e(N+p-Nd
1. 带输运模型 + + + = + − − T D D r D D s I N N N t N ( )( ) J t e N t D − = + 1 = + − − + J e Es c p I(ND ND ) kB T ( ) ( ) + s sc = NA + − ND E e 不动的电离施主随时间的变化率方程: 自由电子的连续性方程: 电流方程: 空间电荷分布形成局域电场,满足高斯定理: ( 0) : 2 3 2 3 = = − + + + + + + N N I N N F N F N F Fe LiNbO A D D D e D e D e 剩余的 (受主) (施主)