光折变实验
光 光 折 变 光放大 Ar + 离子或 He-Ne 激光器，输出波长分别为 514.5nm 和 632.8nm，使用功率为20mW~200mW。样品放在复合转台上，便于设置入射光角度。
图 1 双光束波耦合实验光路。(a)透射型（前向）波耦合；(b)反射型（相向）波耦合。
M 2 M 3 P 2 P 1 I 2 I 1 PD A BS 1 BS 2 PC(b)(a)PD 3 I 1 I 2 +c /2 PBS BS M M A P P BS Laser I 1 I 2 Crystal PD2 2 PD1
增益系数 G 为)()(ln1"1"1beam pump without Ibeam pump with ILG 。
图 2 0 切 BaTiO 3 晶体的前向二波耦合增益的实验特性。
(a)掺 Rh 为 600ppm 样品；(b)掺 Ce 为 50ppm 样品。
图 3 BaTiO 3 晶体整个角度的 CTWM 增益实验特性, 8 #(o), 10#(▽).0 10 20 30 40 50 60 *** 5#6#7#G(cm-1)(degree)(b)0 10 20 30 40 50 60 700246810 2#, 3#,4# G(cm-1)(degree)(a)0 30 60 90 120 150 180-2-1012 1I 2+cI 1--(mm-1)108 G(cm-1)1(degree)-4-2024
相位共轭光器 器 PBS 输出水平偏振光；L 为聚光透镜；BS 为半反镜；PD 为两光电功率计，PD2 检测激光器输入信号，PD1 探测位相共轭光强度，经计算机处理后，获得准确的相位共轭光反射率的实验特性。计算公式为 % 10001 IIR(3.8) 为 BS 的反射率。
图 5 KNSBN 晶体猫式自泵浦相位共轭光产生，晶体内光路 图 4 光折变散射自泵浦相位共轭实验配置 /2 PBS +c L BS Crystal PD1 PD2 Laser I 1 I 0
图 6 稳态下 0°切 BaTiO 3 晶体内部自建泵浦光路。入射光与晶体 a 面法线的夹角 为50°。
图 7 9# 45°切 Ce: BaTiO 3 晶体内部自建泵浦光路。(a)~(g)入射光与晶体入射面法线的夹角 分别为 60，0, 15, 25, 35, 45, 和 55；(h): =－40°初始光扇。
图 8 7# 样品 a 面和 b 面的共轭光反射率随入射光角度的变化特性。
0 20 40 60 80 100020406080(b)(a)R(%)(degree)7# Ce: BaTiO 3(a): L=6.70mm(b): L=4.21mm
图像存储 图中 / 2 为半波片；PBS 为偏光器；M 为全反镜；BS 为半反镜；SF , 为扩束器；P 为光阑；L1 , L2 , L3 为聚光透镜；I 为图象；A 为衰减片；PD 为光功率探测器；S 为采集器，虚线内部分用于测量信号光强的变化，亦可以用接收屏代替，用于图象的采集和观察。
Laser 图 9 透射型光栅（前向）波耦合 0和 45切 BaTiO 3 图象放大示意图。
PBS M BS M M Crystal L1 L2 L3 PD A M SF P I S p 2 +c s I s I p +c
图 10 45切 BaTiO 3 晶体图像放大 s = 16, p = 22。
(a)信号光路所加原始图象；(b)放大后的稳态图象；(c)关闭信号光，经泵浦光读出图象；(d)瞬态放大的图象。
信号光的增益和信噪比为：
NN SII ISNR 式中 I S0 为无泵浦光时信号光经过晶体后的光强；I S 为有泵浦光时信号光和噪声光放大后的总光强；I N 为噪声光强，定义为关闭信号光并擦除信号光和泵浦光产生的光栅影响时，沿信号光方向的受激光折变散射光强。
图 11 图像存储信号光强变化 0 4 8 12 16 20 24 2802468101214erasurerecordingIs power(a.u.)t(min)(a)0o-cut BaTiO32 = 30o
LiNbO 3(LN)晶体 目前，提高 LiNbO 3 晶体的性能，主要从生长工艺、掺杂改性和晶体后处理等方面解决。而掺杂改性主要为：在波导、倍频、电光调制等方面，利用掺 Mg 和 Zn 等离子提高其抗光损伤能力；在固体激光基质材料方面，通过掺入稀土离子，作为激活剂，获得激光晶体；在光折变方面，通过掺入过渡金属离子，提高其光折变性能。
另外，晶体的后处理，即氧化或还原处理 [139]，对晶体的性能有重大影响。例如，在掺 Fe 离子的 LiNbO 3 晶体中：提高 Fe 2+ 的浓度可以提高晶体的光折变灵敏度；而提高 Fe 3+ 的浓度可以提高晶体的最大折射率变化。通过对晶体的氧化和还原处理就可以调节晶体中的 Fe 2+ / Fe 3+ 的浓度比，以改善晶体的光折变相关特性。
氧化方法有两种，一种为在富氧气氛下进行退火；另一种为将晶体埋在 Nb 2 O 5 粉末中进行高温退火（1150，10h），改变退火温度和退火时间控制晶体的氧化程度，处理后的晶体，颜色一般变变成浅黄色。
还原方法也有两种，一种为在真空或缺氧气氛下进行退火；另一种为将晶体埋在 Li 2 CO 3 粉末中进行高温退火（500~550，24h），同样改变退火温度和退火时间控制晶体的还原程度，处理后的晶体，颜色一般变深，成红棕色。
(1)(a): 透过晶体的信号光路初始图象；(b): 稳态时放大或存储的图像；(c): 存储位置读出图象 z=0(关闭信号光)；(d): 泵浦光沿 y 方向移动 0.5mm 读出图象。
0 L/2-L/2 z 2 z 1 Ip(读出光位置)Ip(写入光位置)z ⊙y Is(a)(b)(c)(d)
(2)(a 1 *): 原始图象；(a 1): 透过晶体的信号光路初始图象；(b 1): 稳态时放大或存储的图像；(c 1): 存储位置读出图象（关闭信号光）；(d 1): 泵浦光沿 z 方向移动, z=1.75mm 读出图象；(e 1): z=3.05mm 读出图象；(f 1): 读出的串扰图像。
(3)(a 2): 透过晶体信号的初始图象；(b 2): 稳态时放大或存储的图像；(c 2): 泵浦光沿 z 方向移动, z=0.68mm 读出图象；(d 2): z=1.45mm 读出的串扰图像。
图 12 LiNbO 3 晶体氧化态的 9#样品的图象存储和读出实验照片。
0 100 200 300 400 500 600 7000481216写入Is关闭 Is,读出或擦除暗存储 15h暗存储 5h暗存储 15h暗存储 7.25h power(a.u.)t(min)12# LN:Fe生长态图13 8# 还原态LN晶体的光读出或光擦除实验特0 10 20 30 40 50 60 70 80012345678仅剩噪声光泵浦光读出或擦除暗存储 15h 后 ,继续读出 Power(a.u.)t(min)8# LN:Ce:Fe 还原态泵浦光擦除图14 12# LN晶体的光存储和光擦除实验特性
0 20 40 60 80 100 120048121620衍射自增强(散射光增强)信噪比下降信号光放大或写入过程关闭信号光读出或擦除 power(a.u.)t(min)10# LN:Fe,氧化态图 15 10# 氧化态 LN 晶体的光存储和光擦除实验特性。
