雙摻Hf-Fe-LiNbO3晶體光折變性能及其光學相關識別應用研究.pdf

1、光學體全息數據存儲器以其存儲容量大、數據傳輸速率高、信息尋址速度快等優(yōu)點，在現代信息存儲技術競爭中顯示出巨大的優(yōu)勢和良好的發(fā)展前景。理想的體全息存儲材料應具有高折效率調制度、低噪聲、高記錄靈敏度以及較大的動態(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據存儲的首選記錄材料。然而，LiNbO3晶體存在的響應時間長、散射噪聲強等缺點從不同程度上制約了光學體全息數據存儲的發(fā)展。因此，改善和優(yōu)化 LiNbO3晶體的光折變特

2、性，進而提高體全息存儲器的整體性能已成為目前體全息數據存儲領域的重要研究課題之一。本文以新型雙摻 Hf:Fe:LiNbO3晶體為研究對象，從其微觀缺陷結構出發(fā)，詳細研究了Hf:Fe:LiNbO3晶體在488nm波長下的光折變特性，并以該材料為記錄介質設計和搭建了基于光學濾波的快速相關識別系統，進行了邊緣增強圖像的光學相關識別研究。
　　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

3、研究了 Hf:Fe:LiNbO3晶體的缺陷結構以及摻雜離子在晶體中的占位情況。分析結果表明，Hf4+離子摻雜濃度低于其閾值濃度時，Hf4+離子占據NbLi4+的鋰位，當Hf4+離子摻雜濃度達到閾值濃度后，Hf4+離子開始進入正常的鈮位。在所有樣品中，Fe2+/3+離子一直占據正常的鋰位。
　　采用光斑畸變和光致雙折射變化兩種方法，針對 Hf:Fe:LiNbO3晶體在488nm波長下的抗光損傷性能進行了系統研究。研究結果表明，在同成

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

5、。
　　基于二波耦合實驗光路，對Hf:Fe:LiNbO3晶體在488nm波長下的光折變性能進行了詳細研究。研究結果表明，隨著 Hf4+離子摻雜濃度的增加，晶體的光折變性能減弱，當Hf4+離子摻雜濃度超過閾值濃度后，晶體的光折變性能增強。對[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Hf4+離子摻雜濃度有關。對 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 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。此外，通過對實驗中所用記錄光強進行優(yōu)化，可以進一步提高晶體的光折變特性。
　　利用光學高通濾波的方法實現了目標圖像的邊緣特征提取，并從理論和實驗兩方面研究了圖像邊緣增強對光學相關識別結果的影響。以 Hf:Fe:LiNbO3晶體為記錄介質，設計并搭建了基于光學濾波的快速相關識別系統。理論分析和實驗結果均表明，與未經光