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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划半导体光折变材料实验十七光折变晶体材料中的光生伏打效应光折变晶体内载流子被激发后有三种迁移方式：扩散、漂移(当有外电场存在时)和光生伏打效应。由此可见，光生伏打效应也是光折变效应的重要起因之一。对于具有异常光生伏打效应的铁电氧化物晶体材料来说，当有光照时，晶体材料内会产生很高的光生伏打电场，而光生伏打电场将会直接影响到晶体材料内载流子的迁移过程和内部空间电荷场的形成及大小，进而影响到晶体材料中的光折变效应和光折变性能。研究铁电氧化物晶体材料的光电导和光生伏打效应对弄清晶体材料中载流子
2、的迁移过程和载流子被俘获后形成的空间电荷场的行为有着重要意义。一、实验目的1.了解光生伏打效应原理2.了解光折变晶体内载流子被激发后迁移方式3.了解暗电导和光电导二、实验原理1光生伏打效应在不施加任何外场的情况下，当铁电晶体如：LiNbO3，LiTaO368，KNbO3，BaTiO3，SBN，KNSBN等受到均匀光照后，晶体中会有光生电流产生，电流方向沿着晶体极化轴方向，其值正比于光强。此电流称为光生伏打电流，此现象称为光生伏打效应。其电流密度可表示为:Jph?kI(1)其中：I为光强，?为晶体对光束的吸收系数，k为表征晶体和吸收中心的常数或称为Glass常数。光生伏打电流是在均匀光辐照条件下
3、的铁电体内产生的，它不需任何外加电场，且总是沿着自发极化方向。短路时，均匀光照下的铁电体内将有稳定的电流流过。开路时，光生伏打电流对晶体电容器充电，从而形成宏观电场，瞬态电流密度为:J?Jph+?E=-k?I+?E(2)其中，?d?ph，?d、?ph分别为无光照和有光照时的电导率，即：暗电导和光电导。经麦克斯韦驰豫时间后，J=0。由此可得沿着自发极化方向的光生伏打电压为：V?Ephd=k?I?d?phd(3)d为晶体沿着极化方向的长度。对于半导体材料的光生伏打电压，一般地说来，不管其机制如何，都不超过材料本身的禁带宽度。但在铁电氧化物晶体中情况却有很大不同，同常出现在晶体极轴25两端的光生伏打
4、电压高达10?10V，此值远大于晶体材料的禁带宽度。因此这是一种异常的光生伏打效应。这种效应的主要特点是光生伏打电流是在均匀光照的均匀铁电体内产生的，即它是在既无外场作用，又无内部载流子梯度的情况下发生的，其方向是沿着自发极化方向。从微观上讲，这应归结为电子的跃迁几率和电子的自由程在极化方向上具有某种不对称的缘故。如果铁电晶体内的杂质中心势分布是非对称的，那么光激发电子从杂质中心向导带跃迁也是不对称的，由此导致光生电子在正负极轴方向上的运动几率不同，也就导致了光生伏打电流的产生。2实验测量及结果(1)样品制备和实验过程实验中，首先沿着XYZ方向切割出一定大小的钾钠铌酸锶钡或铌酸锂晶体样品，然后
5、在垂直于C轴的(001)面上渡上金电极，并加电场进行极化，最后对平行于C轴的晶面进行抛光、加工得到所需的实验测试样品。在实验测试中，采用532nm固体激光照射到晶体样品的抛光面上。用超微电流计(10?14A)测量电路中的电流，直流电源串接在晶体和超微电流计之间。为了保持样品表面干燥和清洁，将样品放在一个干燥的样品盒中，而且每次测量前都用酒精和丙酮擦洗样品表面，消除表面电流对测量结果的影响。图1给出了实验测试过程示意图。(2)光伏电流的动态特性在一定光照条件下，测量钾钠铌酸锶钡晶体样品短路光生电流的动态响应，结果见图2。电流的正负是以样品的自发极化正负方向来确定的。由图2可以看出：短路光生电流的
6、动态响应的正负瞬态极大值基本相当，有时会出现负极略大的现象；正电流的持续时间较长而负电流的持续时间较短，其持续时间显然都比麦克斯韦时间长得多。图2光生伏打电流的动态响应曲线(3)暗电导和光电导实验分别在没有光照和不同光强照射条件下用伏安法测量电流密度电场强度曲线。图3给出了实验测量的纯的和掺Ce:KNSBN晶体样品的电流密度和电场关超微电流计直流电源图1光生伏打效应实验测量示意图2系曲线。其中、和分别对应于光强为0、170、330、550mw/cm的情况。(a)纯的KNSBN(b)掺Ce:KNSBN图3电流密度和电场关系曲线从样品的JE曲线可以看出，它们基本成线性关系用直线拟合的方法，根据直线
7、的斜率求出电导；根据直线与轴和E轴的截距分别求出光生伏打电流和光生伏打电场。表1列出了有关的实验结果。由表1可以看出：KNSBN晶体按光电导和光生伏打电场大体可分为两类：一类有很低的光电导和很高的光生伏打电场，如：掺Cu、Ce:KNSBN晶体样品；另一类则有高的光电导和非常低的光伏打电场，如：纯的和掺Ni、Cr:KNSBN晶体样品。*330(4)光生伏打效应与光强关系实验中，钾钠铌酸锶钡晶体的光生伏打电场与光强有关。图给出了掺Ce:KNSBN晶体光生伏打电场随光强的变化。由图可以看出掺Ce:KNSBN晶体光生伏打电场随光强增加而增大，最后趋于一饱和值。图4掺Ce:KNSBN晶体光生伏打电场随光
8、强变三、实验仪器及用具光生伏打实验激光器、衰减片、偏振器，超微电流计等四、实验内容及步骤1.测量光折变晶体光伏电流的动态特性在一定光照条件下，测量光折变晶体短路光生电流的动态响应。2.测量光折变晶体暗电导和光电导实验分别在没有光照和不同光强照射条件下用伏安法测量电流密度电场强度曲线。3.测量光折变晶体光生伏打效应与光强关系测量光折变晶体的光生伏打电场与光强有关。注意事项：激光器功率很高，操作过程要认真，防止激光反射斑射入人眼，更不可直视激光，确保人眼及人身安全。五、实验思考与讨论1、何谓光生伏打效应和异常的光生伏打效应？2、光折变晶体内载流子被激发后有哪几种迁移方式？参考文献1.Fridkin
9、,Photoferroelectrics(Springer-Verlag,1979);中译本，光铁电体，肖定全译2.张曰理，钾钠铌酸锶钡晶体生长及其光折变性能研究，中山大学博士论文，1997光折变材料学习了光信息存储第三章的内容后，我对光全息存储的几种材料、光致聚合物、光致变色材料和光折变材料等）的特点有了一定的了解。在这几种材料中，我对光折变材料比较感兴趣，因此特地查了一些资料，加深了对光折变材料的认识。光折变材料是一种优良的全息光存储材料，目前在全息光存储领域得到了非常广泛的应用。光折变材料是通过光折变效应来存储全息图或者光数据的，所谓光折变效应即当外界微弱的激光照到光折变晶体上时,晶体中
10、的载流子被激发,在晶体中迁移并重新被捕获,使得晶体内部产生空间电荷场,然后通过电光效应,使晶体中折射率的空间分布发生改变,从而改变了材料折射率的过程。正是光折变材料在光照下折射率的“损伤”及“复原”使得该材料能够作为光数据的存储材料。光折变材料具有动态范围大、存储持久性长、可以固定以及生长工艺成熟等等优点。另外它还具有一些令人惊奇的特性，比如：它可以在3cm3的体积中存储5000幅不同的图像，并可以迅速显示其中任意一幅；它可以把微弱的图像亮度增强1000倍；它可以使畸变得无法辨认的图像清晰如初；它可以滤去静止不变的图像，专门跟踪刚发生的图像改变光折变材料的一系列优良特性注定了它的飞速发展及光明
11、的应用前景。从目前的研究情况看，光折变材料主要有无机存储材料和有机存储材料两类。常见的光折变无机材料主要有三类：铁电晶体，包括铌酸锂、钽酸锂、钛酸钡、铌酸钾等，这类晶体电光系数大，因而用它存储全息光栅具有较高的衍射效率，但铁电类晶体却具有响应速度较慢等缺点；铋硅族氧化物，包括硅酸铋、锗酸铋、钛酸铋等，这类晶体响应时间短，光折变灵敏度较大的优点，但它却具有电光系数较小的缺点；化合物半导体，包括磷化铟、砷化镓(GaAs)、磷化镓、硫化镉、硫化锌等，这类材料具有更高的灵敏度，但是化合物半导体也有缺点，那就是电光系数较小，光谱响应区是在的近红外区域内。光折变材料的另一大类有机光折变聚合物就有比较多了，
12、并且近年来发展迅猛，以下也简要介绍一下有机光折变存储材料。与无机光折变晶体相比，有机光折变聚合物具有以下优势：聚合物在理论上具有比无机晶体大几倍的品质因素；聚合物的掺杂和设计都非常容易，而且可以根据需要做成各种形状，特别是可以用聚合物制备波导结构器件，实现光学集成；聚合物的非线性光学性能可以通过掺杂生色团在外场下极化产生，这相对于无机晶体只能在21种无对称中心的晶体结构中选择要广泛得多。正是有机光折变聚合物的几大优势决定了它比无机光折变晶体的发展快的多，且具有更好的应用前景。有机光折变聚合物主要有以下4类：以非线性生色团为基质的掺杂体系，其光折变性能一般都较差，光损耗也增大，这就使它很难在实际
13、中得到应用；以电荷传输体为基质的掺杂体系，这类比较简单、稳定性好，是目前人们研究得较多、较透彻、同时也是性能最好的一类光折变聚合物；以惰性聚合物为基质的掺杂体系，这类材料是由各种功能组分混合而成，但是如何提高各掺杂组分之间的相容性还有待研究；全功能型(单组分)聚合物体系，这类材料稳定性较高，但是设计合成方面比较困难，阻碍了它的发展。当然，随着科技的飞速发展，有一类比有机光折变聚合物更优良的材料无机-有机复合光折变材料正在慢慢显山露水，相信不远的将来肯定会成为光折变材料的第三大类，为光全息存储的顺利实现带来一大支持！以上即为我对光折变材料的大致了解，谢谢。光折变晶体中光孤子的简析陈伟物理与电子信
14、息学院物理学专业学号：指导教师：马宝红摘要:光折变效应是近年来在非线性光学领域中发展迅速的一个分支。对于光折变效应的深入研究，既能够充分理解和应用非线性光学的基本知识和基本方法，同时也能够更进一步体会到光折变效应的独特之处，从而开展对于光折变效应的应用。而光孤子又是光折变效应下的一个重要的分支，光折变空间孤子在全光开关、光波导、光信息处理及光通信的方面的潜在应用受到人们广泛的关注。通过对高斯光束形成的光孤子的深入研究，利用光折变效应的结果对光孤子进行理论联系实际的分析，从而提高分析解决实际问题的能力。关键词：光折变效应；光孤子；非线性光学；高斯光束；光通信PhotorefractiveCrys
15、talintheAnalysisofOpticalSolitonChenWeiCollegeofPhysicsandElectronicInformationPhysicsNo.:Instructor:MaBao-hongAbstract:Photorefractiveeffectisthefieldofnonlinearopticsinrecentyearstherapiddevelopmentofabranch.Forthephotorefractiveeffectin-depthstudy,notonlytofullyunderstandandapplybasicknowledgeofnonlinearopticsandthebasicmethod,butalsotofurtherunderstandthephotorefractiveeffectisuniquetocarryoutthephotorefractiveeffectapplication.Theoptica
