光伏非线性诱导的LiNbO<,3>晶体的不对称扇形效应研究

• 作 者: 王文娟
• 机 构: 南开大学
• 出 处: 南开大学
• 发表日期: 2008年期

光折变效应（photorefracive effect）是光致折射率改变的简称。它是电光材料在光辐照下由光强的空间分布引起材料的折射率相应变化的一种非线性光学现象。光折变过程中自由载流子迁移主要有三种机制，即扩散、漂移和光生伏打效应，本文研究的对象是以光生伏打效应为主要迁移机制的光折变材料--LiNbO3：Fe晶体。LiNbO3是典型的光伏晶体，它最主要的特点是体内存在高达～105V/cm的光生伏打场，如此强的内电场会导致LiNbO3一系列的特征，研究这些特征，将有利于光折变理论的完善及加强光伏材料在实际中的应用。　　
扇形效应是光感应光散射的一种，不同的光生载流子迁移机制会产生不同的扇形。根据现有理论，对于扩散型光折变晶体（如 SBN），在没有外加电场或光生伏打电场的情况下，单光束辐照会产生不对称的各向同性散射光扇，只有一侧的散射光被放大；对于光伏型光折变晶体（如LiNbO3），单光束辐照会产生对称的各向同性散射扇形，即入射光两边的散射光都被放大。在这篇论文中，我们研究并发现光生伏打非线性会产生LiNbO3晶体的不对称扇形效应。　　
在我们的研究中，首次关注了LiNbO3晶体中的不对称扇形效应。当入射光与c轴成某一夹角倾斜入射至晶体体内时，入射光两边的散射光都会被放大，但是两边放大的扇形并不是同等的，即入射光向两边散射光转移的能量并不相等，而是有差别的，这种效应我们称之为光伏晶体的不对称扇形效应。实验上，我们通过倾斜入射光束至LiNbO3晶体中的实验观察到了扇形两边的不对称现象，并找到了扇形不对称的规律；理论上，用入射光两边散射光的衍射效率的竞争解释了不对称扇形效应及其不对称的规律。同时考虑扩散机制，发现即便是在以光伏机制为主的光折变晶体中，扩散机制对扇形效应也具有一定的影响。　　
此外，在研究LiNbO3晶体不对称扇形效应的实验过程中，我们观察到了LiNbO3晶体中的调制失稳现象，并对调制失稳的实验结果进行了初步分析。我们的实验发现和分析将有助于光伏晶体中的调制失稳现象的研究。