雙摻Hf-Fe-LiNbO3晶體光折變性能及其光學(xué)相關(guān)識(shí)別應(yīng)用研究.pdf

1、光學(xué)體全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器以其存儲(chǔ)容量大、數(shù)據(jù)傳輸速率高、信息尋址速度快等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代信息存儲(chǔ)技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)中顯示出巨大的優(yōu)勢(shì)和良好的發(fā)展前景。理想的體全息存儲(chǔ)材料應(yīng)具有高折效率調(diào)制度、低噪聲、高記錄靈敏度以及較大的動(dòng)態(tài)范圍。鈮酸鋰(LiNbO3)晶體因其良好的光折變性能而成為體全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的首選記錄材料。然而，LiNbO3晶體存在的響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、散射噪聲強(qiáng)等缺點(diǎn)從不同程度上制約了光學(xué)體全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的發(fā)展。因此，改善和優(yōu)化 LiNbO3晶體的光折變特

2、性，進(jìn)而提高體全息存儲(chǔ)器的整體性能已成為目前體全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)領(lǐng)域的重要研究課題之一。本文以新型雙摻 Hf:Fe:LiNbO3晶體為研究對(duì)象，從其微觀缺陷結(jié)構(gòu)出發(fā)，詳細(xì)研究了Hf:Fe:LiNbO3晶體在488nm波長(zhǎng)下的光折變特性，并以該材料為記錄介質(zhì)設(shè)計(jì)和搭建了基于光學(xué)濾波的快速相關(guān)識(shí)別系統(tǒng)，進(jìn)行了邊緣增強(qiáng)圖像的光學(xué)相關(guān)識(shí)別研究。
　　通過紅外 OH-吸收光譜、紫外-可見吸收光譜、ICP-AES分析以及拉曼光譜等光譜分析手段，詳細(xì)

3、研究了 Hf:Fe:LiNbO3晶體的缺陷結(jié)構(gòu)以及摻雜離子在晶體中的占位情況。分析結(jié)果表明，Hf4+離子摻雜濃度低于其閾值濃度時(shí)，Hf4+離子占據(jù)NbLi4+的鋰位，當(dāng)Hf4+離子摻雜濃度達(dá)到閾值濃度后，Hf4+離子開始進(jìn)入正常的鈮位。在所有樣品中，F(xiàn)e2+/3+離子一直占據(jù)正常的鋰位。
　　采用光斑畸變和光致雙折射變化兩種方法，針對(duì) Hf:Fe:LiNbO3晶體在488nm波長(zhǎng)下的抗光損傷性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究。研究結(jié)果表明，在同成

4、分Hf:Fe:LiNbO3晶體中，當(dāng)Hf4+離子摻雜濃度為其閾值濃度(4.0mol.％)時(shí)，晶體的抗光損傷能力最強(qiáng)。對(duì) Hf4+離子摻雜濃度為1.0mol.%和4.0mol.%的晶體，晶體的抗光損傷能力隨晶體內(nèi)[Li]/[Nb]比變化呈現(xiàn)不同的規(guī)律。當(dāng)Hf4+離子摻雜濃度為1.0mol.%時(shí)，晶體抗光損傷能力隨[Li]/[Nb]比的增加而增強(qiáng)；當(dāng)Hf4+離子摻雜濃度為4.0mol.%時(shí)，晶體抗光損傷能力隨[Li]/[Nb]比的增加而減弱

5、。
　　基于二波耦合實(shí)驗(yàn)光路，對(duì)Hf:Fe:LiNbO3晶體在488nm波長(zhǎng)下的光折變性能進(jìn)行了詳細(xì)研究。研究結(jié)果表明，隨著 Hf4+離子摻雜濃度的增加，晶體的光折變性能減弱，當(dāng)Hf4+離子摻雜濃度超過閾值濃度后，晶體的光折變性能增強(qiáng)。對(duì)[Li]/[Nb]比變化的Hf:Fe:LiNbO3晶體，晶體的光折變性能改變與晶體內(nèi)Hf4+離子摻雜濃度有關(guān)。對(duì) Hf4+離子摻雜濃度為1.0mol.%的晶體，晶體的光折變性能隨[Li]/[Nb]

6、比的增加而減弱。對(duì) Hf4+離子摻雜濃度為4.0mol.%的晶體，晶體的光折變性能隨[Li]/[Nb]比的增加而增強(qiáng)。此外，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)中所用記錄光強(qiáng)進(jìn)行優(yōu)化，可以進(jìn)一步提高晶體的光折變特性。
　　利用光學(xué)高通濾波的方法實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)圖像的邊緣特征提取，并從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面研究了圖像邊緣增強(qiáng)對(duì)光學(xué)相關(guān)識(shí)別結(jié)果的影響。以 Hf:Fe:LiNbO3晶體為記錄介質(zhì)，設(shè)計(jì)并搭建了基于光學(xué)濾波的快速相關(guān)識(shí)別系統(tǒng)。理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明，與未經(jīng)光