实验34 晶体光折变效应及其海量存储实验系统
晶体的电光效应实验报告
晶体的电光效应实验报告引言电光效应是指在一些特定的晶体材料中，当施加电场时，会产生光的现象。
本实验旨在通过实验验证晶体的电光效应，并研究不同电场强度对光产生效果的影响。
实验材料•一块晶体样品（例如硫化锌晶体）•电源•电压表•光强测量仪实验步骤步骤1：准备工作1.将晶体样品放置在实验台上，并清洁表面，确保无尘。
2.将电压表和光强测量仪连接到电源上，确保所有设备正常工作。
步骤2：施加电场1.将电源的正极和负极分别连接到晶体样品的两端。
2.逐渐增加电压，记录每个电压值下的光强度。
步骤3：测量光强度1.将光强测量仪放置在晶体样品的一侧，确保光线直接照射到晶体表面。
2.记录每个电压值下测得的光强度。
实验结果与讨论在本次实验中，我们使用硫化锌晶体样品进行了电光效应的实验。
实验过程中，我们记录了不同电场强度下的光强度，并进行了分析。
通过实验数据的分析，我们观察到以下现象：随着电场强度的增加，晶体样品的光强度也随之增加。
这说明在施加电场的情况下，晶体样品会发生电光效应，并产生光。
根据实验数据的变化趋势，我们可以推测晶体样品的电光效应与电场强度成正比。
换句话说，电场强度越大，晶体样品产生的光强度也会增加。
这个结果与我们的预期相符合。
根据晶体的电光效应理论，当晶体材料中存在应变时，其晶格结构会发生微小变化，从而改变了晶体内部的折射率。
施加电场会引起晶格结构的应变，进而改变晶体的折射率，导致光的产生。
通过本次实验，我们验证了晶体的电光效应，并通过测量光强度的变化，研究了电场强度对光产生效果的影响。
这为进一步研究晶体材料的光电特性提供了基础。
结论通过本次实验，我们验证了晶体的电光效应现象，并观察到电场强度对光产生效果的影响。
随着电场强度的增加，晶体样品的光强度也增加。
这个实验结果对于理解晶体的光电特性具有重要意义，也为进一步研究和应用晶体材料的光电效应提供了参考。
参考文献[参考文献1]。
光折变效应
晶体光折变效应与光学存储实验0910660 廖尧光电子实验简介:光折变效应是光致折射率变化效应的简称。
光折变效应首先是由在贝尔实验室工作的Ashkin 等人于六十年代发现的。
他们当初用LiNbO3和LiTaO3晶体进行光倍频实验时，意外发现强光辐照会引起晶体折射率的变化，从而严重地破坏了相位匹配条件。
光折变效应已成为光学信息处理的基本手段，应用于光放大、光振荡、光学记忆、图像存储与复原、空间调制器、全光学时间积分器、图像相减相加和反演、图像相关和卷积等诸多领域。
实验原理：（一）光折变效应机理光电材料在光辐照下，折射率随光强的分布而变化。
电光晶体中的杂质，空位或缺陷充当点和的施主或受主当晶体在光辐照下，光激发电荷进入临近能带。
光激发载流子因浓度梯度扩散，最后离别了光照区，定居于暗光区，这样就残生了与光强分布对应的空间电荷分布。
如果晶体不存在反演性，空间电荷场将通过线性电光效应在晶体内形成折射率在空间的调制变化或者说在空间内写入体位相光栅。
（二）光存储原理掺铁铌酸锂晶体光激发的载流子主要是铁离子，它不会改变材料的电光性质，但是对光折变效应有着显著的影响。
在光折射下Fe2+被光电离成Fe3+激发至导带的光电子迁移到暗区被Fe3+俘获成为Fe2+，从而导致空间电场分离形成空间电荷。
此时的光折变效应是Fe2+和Fe3+杂质按光强重新分布的结果实验目的：了解光折变效应和光学存储的概念和原理，通过实验掌握一种在光折变材料中信息存储的方式。
光折变全息存储的特点：•大容量•并行性•实时性•可循环使用•选择性•可接受按存储时间实验仪器：全固态绿光激光器，减光镜，分束棱镜掺铁LiNbO3晶体样品，激光功率计，CCD摄像机，计算器，1/2玻片，偏振棱镜，快门，反光镜，透镜等•实验装置：•光折变存储器重全息图的写入是基于二波耦合的几何配置实验步骤：1 、启动激光器电源，使激光器出光。
2、在实验台上安排好仪器、光学元件位置，调整光路高。
晶体光折变效应
二、实验内容
（三）.实验步骤 1、观察晶体光折变现象 打开激光器，使激光照射到晶体上，会在观察屏上看到剧烈变化的 投射光斑散射图样。适当移动晶体，可以观察到光斑闪烁和收缩，其 拉长的方向就是光轴的方向。 实验中，光轴方向平行于平台。 2、利用双光束耦合方法观察近体光折变效应形成的衍射光栅的衍 射现象，测量晶体的衍射效率。
二、实验内容
（一）、实验装置 绿光激光器 、减光镜、 分束棱镜 、掺铁铌酸锂晶体样品 1/2波片 、 偏振片 、会聚棱镜、激光功率计 、CCD摄像机 、光屏 、反射镜等 。
（二）、双光束耦合法 在本实验中，如图2所示，两书相干的写入光一同照射在光折变晶体 上，形成干涉条纹，晶体在吸收这种周期性变化的光强之后，由于光折 变效应使折射率产生同样的周期变化，此时对光折变晶体入射一束不会 产生光折变效应的光束，则该光束透过位相光栅是将发生衍射，衍射花 样与写入的信号一致。
一、实验原理
• （二）光存储实验原理 • 1.采用掺铁铌酸锂晶体，载流子为铁离子。 • 2.在光辐照下，二价铁离子被光电离成三价，然后在暗区俘获光
电子，从而导致空间电荷分布，形成位相栅；
• 3.光折变存储器中全息图的写入是基于二波耦合，即参考光与载
有被存储信息的信号光束在光折变晶体中相干写入全息图。
[1].高立模. 《近代物理实验》.南开大学出版社. 2006
一、实验原理
（一）相关概念 光折变效应是光致折射率变化效应的简称。光折变效应首 先由美国贝尔实验室发现，他们用LiNbO3和LiTaO3晶体进行激光 倍频实验时，意外发现强光辐照会引起晶体折射率的变化，从 而严重地破坏了位相匹配条件。这种不期望的效应被称为“光 损伤”。这种损伤在暗处可保留相当长的时间。由于这一性质， 光损伤材料可以做为一种优质的数据存储材料。在这之后又发 现，通过均匀光照或加热等办法可以把光损伤的痕迹擦洗掉。 为避免与永久性的破坏相混淆，把这一效应称为光致折射率变 化或光折变效应。
晶体的电光效应实验报告完整版
晶体的电光效应介质因电场作用而引起折射率变化的现象称为电光效应，介质折射率和电场的关系可表示为：+++=20bE aE n n (1)式中n 0是没有外加电场（E =0）时的折射率，a 和b 是常数，其中电场一次项引起的变化称为线性电光效应，由Pokels 于1893年发现，故也称为Pokels 效应；由电场的二次项引起的变化称为二次电光效应，由Kerr 在1875年发现，也称Kerr 效应，在无对称中心晶体中，一次效应比二次效应显著得多，所以通常讨论线性效应。
尽管电场引起折射率的变化很小，但可用干涉等方法精确地显示和测定，而且它有很短的响应时间，所以利用电光效应制成的电光器件在激光通信、激光测距、激光显示、高速摄影、信息处理等许多方面具有广泛的应用。
[实验目的]研究铌酸锂晶体的横向电光效应，观察锥光干涉图样，测量半波电压；学习电光调制的原理和实验方法，掌握调试技能；了解利用电光调制模拟音频光通信的一种实验方法；[实验原理]1． 晶体的电光效应 按光的电磁理论，光在介质中传播的速度为210)(−==µεn c c ，ε为介电系数，是对称的二阶张量，即ji ij εε=，由此建立的D 和E 的关系为：j j i i E D ε= （3,2,1,=j i ) (2)即： 333232131332322212323132121111E E E D E E E D E E E D εεεεεεεεε++=++=++=在各向同性的介质中，εεεε===332211，D 和E 成简单的线性关系，光在这类介质中以某一确定速度传播；但在各向异性的介质中，一般情况下各方向的折射率却不再相同，所以各偏振态的光传播速度也不同，将呈现双折射现象。
如果光在晶体中沿某方向传播时，各个方向的偏振光折射率都相等，则该方向称为晶体的光轴。
若晶体只含有一个这样的方向，则称为单轴晶体。
通常用折射率椭球来描述折射率与光的传播方向、振动方向的关系。
晶体光折变效应与光学存储
3.实验内容
（一）观察晶体光折变现象
打开激光器，使激光照射到晶体上，会在观察屏上看到 剧烈变化的投射光斑 散射图样。适当移动晶体，可以观察到光斑闪烁和收缩， 其拉长的方向就是光轴 的方向。 实验中，光轴方向平行于平台。
（二）具体步骤，装置图见图2。
1. 启动激光器，安排好仪器位置，调节光路等高； 2. 反复转动1/2波片，用光功率计测量，使两束光 的光功率基本相等； 3. 调节反射镜的位置和角度，使交叠在样品上的两 束光光程大致相同； 4. 使用偏振片和1/2波片，调节两束光偏振方向， 使它们平行于台面； 5. 在其中一光路中依次加入扩束镜、透镜和物， 移动光屏位置，将其放在焦面处；
2.实验装置
绿光激光器 减光镜 分束棱镜 掺 铁铌酸锂晶体样品 1/2 波片 偏 振片 会聚棱镜 激光功率计 CCD摄像机 光屏 反 射镜
2.实验装置的介绍——背反射劳厄法
底片位于x射线源与晶体之间，经过准直光栏的x射线 辐射到晶体上，产生的背反射衍射线在底片上成像， 同一晶带的衍射半点在底片上行横双曲线。
6. 在光屏位置处替换样品，打开CCD接收； 7. 写入一段时间后，遮蔽物光，可发现在显示器上 依然可以看到清晰的物象。
4.实验预习中的一些问题
如何改善光存储的成像质量？ 1.使用相干性较好的激光器，并尽可能降低 环境背景光强。 2.使两束光的光程、功率、偏振方向尽可能 相等和一致。 3.调节物品摆放，尽可能精确地调节光轴高 度，使镜面与主轴垂直。
9-1 晶体光折变效应与光学存储
物理学院 1210191 贺虹源
实验预习内容
• • • • • 1.实验基本原理 2.实验装置的介绍 3.实验内容 4.实验预习中的一些问题 5.实验预习参考文献
晶体电光效应实验报告
晶体电光效应实验报告晶体电光效应实验报告引言：晶体电光效应是指在外加电场作用下，晶体表面发生光学现象的现象。
这一现象在光电子学和光通信领域有着重要的应用，因此对其进行深入研究和实验探究是非常有意义的。
本实验旨在通过实际操作，观察晶体在电场下的光学变化，进一步了解晶体的电光性质。
实验材料和方法：实验所用材料为一块具有晶体结构的透明晶体样品，实验仪器包括电源、电压表、光源和光强测量仪。
实验步骤如下：1. 将晶体样品放置在实验台上，并确保其表面光洁无划痕。
2. 将电源与电压表连接，调节电源输出电压，并记录下不同电压下的数值。
3. 将光源对准晶体样品，调节光源亮度，并记录下不同亮度下的数值。
4. 使用光强测量仪测量不同电压和亮度下的光强，并记录下相应的数值。
实验结果和分析：根据实验数据，我们可以得到晶体在不同电场下的光学变化。
随着电场的增加，晶体的透光性会发生变化，即光强会有所改变。
通过观察实验数据，我们可以发现晶体的光强与电压呈现一定的关联性。
当电压较小时，光强基本保持不变；但当电压达到一定数值后，光强会出现明显的变化。
这说明晶体在电场作用下，会发生电光效应。
进一步分析实验结果，我们可以得出晶体电光效应的几个特点。
首先，晶体的电光效应是非线性的，即光强与电压之间的关系不是简单的比例关系。
其次，晶体的电光效应是可逆的，即当电压减小时，光强会恢复到初始状态。
这说明晶体的电光效应是与电场的存在和强度密切相关的。
晶体电光效应的机理可以通过晶体的结构来解释。
晶体是由离子或分子组成的有序排列的固体，其内部存在着电荷分布的不均匀性。
当外加电场作用于晶体时，电场会使晶体内部的电荷分布发生变化，从而导致晶体的光学性质发生变化。
具体来说，电场会引起晶体内部的电荷重新排列，导致晶体的折射率发生变化，从而影响光的传播和透射。
这就是晶体电光效应的基本机理。
结论：通过本次实验，我们观察到了晶体在电场作用下的光学变化，进一步了解了晶体的电光性质。
晶体光折变 光存储
实验9-1 晶体光折变效应与光学存储光折变效应即光致介质折射率变化效应（photo-induced refractive effect ）: 它是1966年由贝尔实验室的Ashkin 等人首先发现的：当他们用聚焦激光束辐照在铁电晶体材料铌酸锂和钽酸锂晶体上进行光倍频实验时，意外地发现光辐照引起折射率的变化，折射率的变化又引起光波波前的变化，从而产生光衍射，严重破坏相位匹配条件，影响此类材料在光倍频等强光光学方面的应用，因此将此现象称为“光损伤”。
后来，人们发现这种“光损伤”不同于强光造成的永久性光损伤，它可以通过均匀光照或适当地加热来消除，使材料又恢复到原来状态。
1968年，Chen 等人首先认识到“光损伤”可以用作光数据存储。
这样，原本不受欢迎的“光损伤效应”就一改最初被冷落的局面，引起了人们的极大兴趣，同时对这种效应的研究也日益广泛发展起来。
为了与真正的、永久破坏性的“光损伤”相区别，人们将这种效应称为光致折射率变化效应(Photo-induced refractive index change effect)或简称光折变效应(Photorefractive effect)。
当前, 光折变晶体已发展成一种新颖的功能晶体, 在光的图像和信息处理、相位共轭、全息存储、光通讯和光计算机神经网络等方面展示着良好的应用前景。
实验原理:（一）光折变效应机理:光折变效应是电光材料在光辐照下，折射率随光强的空间分布而发生变化。
进而在晶体内形成体相位光栅。
过程：光激发电荷→离别光照区→空间电荷分布→空间电荷场→晶格畸变→线性电光效应（左）→写入与读出同时。
（二）光存储实验原理： 实验的光折变材料是掺铁铌酸锂晶体，其光激发的载流子主要是晶体中的杂质，即铁离子。
在光辐照下，二价铁离子被光电离成三价铁离子，激发至导带中的光电子迁移到暗区被三价铁离子陷阱俘获而形成二价铁离子，从而导致空间电荷分离，在晶体内产生空间电荷场，因而形成位相栅。
晶体电光声光磁光效应实验实验讲义
2.3 实验原理 .................................................................................................................... 11 2.4 实验仪器 .................................................................................................................... 14 2.5 2.6 实验 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 实验内容 .................................................................................................................... 17 思考题 ........................................................................................................................ 18 晶体的磁光效应实验 ............................................................................................... 19 引言 ............................................................................................................................ 19 实验目的 .................................................................................................................... 19 实验原理 .................................................................................................................... 19 实验仪器 .................................................................................................................... 19 实验内容 .................................................................................................................... 19
光折变晶体中高密度全息储存热固定技术的研究
光折变晶体中高密度全息储存热固定技术的研究随着社会的进步及科学技术的发展，尤其是近年来计算机和互联网技术的发展，人们获取、处理、传输、存储和显示的信息量正以指数方式日益增加。
光折变晶体以其特殊的性能优点在光学体全息存储等领域中有着广泛的应用。
近年来，在提高数据存储密度、存取速度以及存储器性能等方面，已经取得了重大的研究进展。
本研究主要从理论对全息储存热固定技术进行简单说明，并对光折变体全息存储材料特性的优化进行简单介绍。
标签：光折变晶体；全息存储；热固定信息科学技术的高速发展对信息存储技术提出了更高的要求，学体全息存储是光存储领域中独具特色和发展潜力的一项技术，它具有存储容量大、存取时间短、抗电磁干扰能力强、冗余度高、可进行并行内容寻址等优点，因而引起了众多研究者的关注。
为了使信息能够长期保存和非破坏性读出，必须对全息图进行固定。
固定方法有热固定和电固定等，其中，热固定技术是目前研究得最为活跃并且效果很好的固定技术。
1、体全息存储技术及发展概况步入信息时代，随着数字多媒体、互联网等高新科技的飞速发展，各种形式的数据信息日益激增，这无疑对现有的储存技术提出了更高的要求，因此，研究开发快速存取、超大容量、更高密度的新型储存器具有重要意义。
1.1体全息存储技术的特点由于信息科学技术的快速发展，使得需要处理和存储的信息量日益加大，信息系统对存储容量、数据传输速率及数据存储可靠性的要求不断提高。
体全息存储是当前最有潜力的高速大容量信息存储技术，光折变材料是全息存储的首选材料。
体全息存储技术与其他的数据存储技术相比，存在着许多优点，首先体全息存储器可以用于存在强电磁场干扰的特殊环境中。
其次，体全息存储容量很高，而且全息图的波面重现性质决定了其高冗余度的特点，这是其它存储技术所不具有的。
体全息存储技术可能达到非常高的数据传输率和很短的存取时间。
1.2体全息存储技术的发展概况在全息术发展初期，全息图就被看作是有潜力的光学存储方式。
晶体光折变实验过程
晶体光折变实验过程1.准备工作：a.制备两块透明度较高的玻璃或者晶体样品。
这些样品可以是透明度良好的晶体，比如石英，或者其他透明度较高的材料。
b.确保光源能够提供足够亮度的光线。
实验中可以使用白光源，也可以使用单色光源，比如激光。
c.准备一个波长可调的单色滤光器，用于控制光束中的特定波长。
d.在实验装置的传输路径上设置一个平行光装置，以保证传输的光束平行。
2.实验设置：a.将玻璃或晶体样品安装在实验装置中的夹持装置上，确保它们可以固定并保持平行。
b.将实验装置的光源调整到适当的位置，以确保光束可以通过样品。
c.在光源和样品之间设置一个调节器，用于调整光束的亮度和方向。
3.观察光折变现象：a.打开光源并调节光亮度，以确保光束可以穿过样品而不产生过多的散射。
b.使用平行光装置对光束进行调整，使其尽可能平行。
c.开始观察光束通过样品后的折射现象。
可以观察到折射角度的变化和光束的偏折现象。
4.改变波长：a.如果有单色滤光器，可以通过调节滤光器的波长来改变入射光束的波长。
b.观察光束在不同波长下的折射现象。
可以观察到不同波长下的折射角度的变化。
5.记录实验结果：a.根据观察到的现象，记录折射角度的变化和光束的偏折情况。
b.对实验结果进行统计和分析，比较不同波长下的折射角度。
6.结束实验：a.关闭光源和滤光器，关闭实验装置，将样品从夹持装置上取下。
b.整理实验装置和实验结果，将实验装置恢复到初始状态。
通过以上的实验过程，我们可以研究晶体内光的传播和折射行为，深入了解晶体的光学性质。
这个实验可以应用于许多领域，如材料科学、光学和物理学等。
研究性实验报告——晶体的电光效应1.
研究性实验报告——晶体的电光效应1.
实验目的：
通过实验，学习晶体的电光效应原理，掌握利用光学仪器测量晶体的电光性质的方法，并了解晶体的电光效应在光电技术中的应用。
实验原理：
当晶体被加上一个外部的电场时，它的介电常数会发生变化，从而会改变晶体的折射率。
这种现象被称为晶体的电光效应。
晶体的电光效应可以分为两种类型：平移效应和旋
转效应。
平移效应：当一个光束穿过一个加有电场的单轴晶体时，光束的振动方向会发生平移。
平移角度与电场的强度成正比。
旋转效应：当一个光束穿过一个加有电场的双轴晶体时，光束会因为双折射现象而沿
着不同的路径传播。
这种现象被称为旋转效应。
实验步骤：
1. 实验室管理员指导下，打开光路并将实验装置调整到最佳状态。
2. 将一块单轴晶体放在两根金属极板之间，接上稳压直流电源以施加电场。
3. 在透过晶体的光路中加入一束偏振光，并将光路调整到最佳状态。
使用光度计测
量被散射的光束的光密度与偏振角度之间的关系。
4. 按照同样的方法，使用双轴晶体来研究旋转效应。
5. 根据实验得到的数据，绘制光密度和电场强度之间的关系图，并分析它的形状和
趋势。
实验结果和分析：
从实验数据得到的图形中，我们可以看到光密度和电场强度之间的关系是非线性的，
并且在电场强度为一定值时，光密度会发生一个明显的跳跃现象。
这是因为在这个电场强
度下，晶体的介电常数发生了变化，导致光线发生了反射或折射。
这种现象可以应用于光
电调制器和光电开关等光学器件的设计和制造中。
结论：。
光折变效应的应用
光折变效应的应用光折变效应，听起来挺高深吧？但你别急，咱慢慢聊，保证让你觉得这事儿既有趣又有料。
记得那年，我在一所大学里头，跟一群年轻娃娃们讲这光折变效应，他们一个个瞪大眼睛，跟看外星人似的。
我说：“孩子们，这光折变效应啊，简单说，就是光能让材料的折射率变，跟变魔术似的。
”他们一听，哟，这事儿新鲜！咱们先说说这光折变效应是怎么来的。
你得知道，这世界上有些材料，它们被光照了，里面的电子就会蹦跶起来，到处跑。
这些电子一跑，材料的折射率就跟着变了。
就像你晚上走路，突然踩到块石头，脚下一颠，心里也跟着一颤，道理是相通的。
那时候，我手里拿着一小块砷化镓（GaAs），跟宝贝似的。
我跟娃娃们说：“看好了，这可是半导体里的佼佼者，光折变效应在它身上，那叫一个明显。
”他们围着我，一个个伸长脖子，生怕错过啥。
我拿起激光器，对着砷化镓一照，嘿，那折射率立马就变了，跟变脸似的快。
有个娃娃问我：“老师，这光折变效应能干啥呀？”我一笑，说：“用处可大了去了。
你想啊，这折射率一变，光的传播路径就跟着变，这不就是个天然的‘光路调节器’吗？”他一听，眼睛一亮，连连点头。
我接着说：“还有啊，这光折变效应在光通信里，那可是个宝贝。
你想啊，光纤里头传的光，有时候会遇到干扰，信号就不稳了。
但这光折变效应一来，它就能自动调节光的路径，让信号稳稳当当的。
就像你开车上高速，遇到个坑洼，方向盘一打，车就稳了，道理是一样的。
”娃娃们听得入了迷，一个个脸上都洋溢着兴奋的光芒。
我看他们这么有兴趣，心里也高兴，就接着说：“而且啊，这光折变效应还能用在光存储上。
你想啊，这折射率一变，就相当于在材料里头刻了个‘记号’，这‘记号’就能存下信息了。
就像你在书上做个记号，下次一翻书，立马就能找到地方了。
”说到这里，我停下来，喝了口水。
娃娃们围着我，七嘴八舌地问起来：“老师，那还有哪些材料有光折变效应啊？”“老师，这光折变效应以后能发展到啥程度啊？”我看着他们求知若渴的样子，心里头暖洋洋的。
晶体的电光效应实验报告
晶体的电光效应五、数据处理1.研究LN单轴晶体的干涉：（1）单轴锥光干涉图样：调节好实验设备，当LN晶体不加横向电压时，可以观察到如图现象，这是典型的汇聚偏振光穿过单轴晶体后形成的干涉图样。
（2）晶体双轴干涉图样：打开晶体驱动电压，将状态开关打在直流状态，顺时针旋转电压调整旋钮，调整驱动电压，将会观察到图案由一个中心分裂为两个，这是典型的汇聚偏振光穿过双轴晶体后形成的干涉图样，它说明单轴晶体在电场的作用下变成了双轴晶体2.动态法观察调制器性能：（1）实验现象：当V1=143V时，出现第一次倍频失真：当V2=486V时，信号波形失真最小，振幅最大（线性调制）：当V 3=832V 时，出现第二次倍频失真：（2）调制法测定LN 晶体的半波电压：晶体基本物理量dlλ22γ0n5mm30mm632.8nm-126.810/m V ⨯2.286第一次倍频失真对应的电压V 1=143V ，第二次倍频失真对应的电压V 3=832V 。
故31832143689V V V V V V π=-=-=。
由3022()2d V n lπλγ=得：122230() 6.41102dn V l πλγ-==⨯3.电光调制器T-V 工作曲线的测量： （1）原始数据：依据数据作出电光调制器P-V工作曲线：（2）极值法测定LN晶体的半波电压：从图中可以看到，V在100~150V时取最小值，在800~850V时取最大值。
分别在这两个区域内每隔5V 测量一次，原始数据如下：比较数据可以得出，极小值大致出现在1110V V ≈，极大值大致出现在3805V V ≈，由此可得31805110695V V V V V V π=-=-=由3022()2d V n lπλγ=得：122230() 6.35102dn V l πλγ-==⨯ 4.测量值与理论值比较：算出理论值3022()649.22dV V n lπλγ==。
与理论值相比，调制法测量结果相对误差约6.1%，极值法测量结果误差约7.1%，实验值与理论值符合较好。
晶体的电光效应基础物理实验研究性实验报告
（4）
所以入射光的强度
（5）
当光通过长为l的电光晶体后，因折射率不同， X′和Y′两分量之间就产生位相差δ，于是
（6）
通过检偏器出射的光，是这两分量在Y轴上的投影之和：
（7）
其对应的输出光强I1，可写成
（8）
上标“*”代表复数共轭。
实验仪器
实验仪器：半导体激光器，偏振片，扩束镜，铌酸锂电光晶体，光电二极管，光电池，晶体驱动电源，光功率计，1/4波片，双踪示波器。
实验步骤
1
将半导体激光器，起偏器，扩束镜，LN晶体，检偏器，白屏依次摆放。
打开激光功率指示计电源，激光灯亮。调整激光器的方向和各附件的高低，使各光学元件尽量同轴且与光束垂直。取下扩束镜，旋转起偏器，使透过起偏器的光最强；旋转起偏器，使白屏上的光点最弱。这时起偏器与检偏器相互垂直，系统进入消光状态。
1
2
3
4
V=616V时波片转过角度（单位：度）
41
130
219
310
V=917V时波片转过角度（单位：度）
84
167
258
344
光强透过率
与前面公式类比，可发现式中的 即相当于原公式中的V。，在从倍频失真到线性调制的过程中，由于1/4波片旋转了大约90度，透射光相位改变了 （o光转化为e光或相反），而相应的V。改变了Vm/2，故有
4）当 时
调制器的工作点虽然选定在线性工作区的中心，但不满足小信号调制的要求，（14）式不能写成公式（15）的形式，此时的透射率函数（14）应展开成贝赛尔函数，即
（16）
由（16）式可以看出，输出的光束除包含交流的基波外，还有奇次谐波。此时，调制信号的幅度较大，奇次谐波不能忽略。因此，这时虽然工作点选定在线性区，输出波形仍然失真。
晶体光折变效应与光学存储+差热分析
实验：晶体光折变效应与光学存储+差热分析材料物理0910245 卢家汉[实验目的]1. 观察晶体光折变效应现象，学习研究光折变效应的实验方法。
2. 学习利用光折变效应进行光学图象存储。
[实验原理]一．光折变效应机理光折变效应是电光材料在光辐照下，折射率随光强的空间分布而发生的变化。
当晶体在光辐照下，光激发电荷进入邻近能带，光激发载流子因浓度梯度扩散，或在电场作用下漂移，或由光伏打效应而运动。
经过再激发，在迁移，再俘获，最后离别了光照区，定居于暗光区。
这样形成了与光强分布相对应的空间电荷分布，这些光致分离的空间电荷按照泊松方程，产生相应的空间电荷场。
空间电荷场使得晶体产生畸变，导致其密度产生了变化，折射率也随之变化。
二、光存储原理物光和参考光基于二波耦合在光折变晶体中产生干涉，由于光折变效应，干涉图样被记录下来。
然后再单独用参考光以同样角度照射晶体同一点，这样就能得到物光的信息，整个过程实现了信息的存储与读出。
[实验方法和实验仪器]本实验中，实验仪器主要有：全固态绿光激光器，减光板，分束棱镜，掺铁 LiNbO 3 晶体样品，激光功率计，2 波片，偏振棱镜，快门，反光镜，透镜等。
[实验内容及要求]按光路图摆好光学器件，在要放存储晶体的位置放好光屏，调节好物光和参考光使其在光屏上的光斑重合，然后移去光屏，在相应的位置以一定角度放好晶体。
光学存储开始，过一段时间，挡住物光，参考光继续照射，实现光学信息的读出。
【观察实验现象】本实验中选取雪花形状的光阑，在放上晶体后，可以看到物光透过晶体在墙上形成的清晰的雪花状光斑。
过一会儿，光斑开始模糊，这时候，挡住物光，只用参考光照射晶体，可以看到墙上同样地方有模糊的雪花状光斑。
继续曝光很长时间，再遮住物光，可以发现墙上雪花状光斑越来越清晰。
[实验目的]1. 了解差热分析的基本原理及差热曲线的分析方法。
2. 熟悉差热分析仪的使用方法。
[实验原理]热分析是程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度关系的一类技术。
晶体光折变效应与光存储.
晶体光折变效应与光存储提纲：1、掺铁铌酸锂晶体新型散射现象及其应用（实验9-2）测量Z扫锚曲线，判断材料折射率改变的符号实验内容参考教材。
参考文献：1、教材：近代物理实验9－22、刘思敏，郭儒，凌振芳编著，张光寅审。
光折变非线性光学。
第一章，第五章，中国标准出版社，19923、刘思敏，郭儒，许京军。
光折变非线性光学及其应用。
第一章，第二章，第三章，第八章，中国科学出版社，20044、A. Ashkin et al. OPTICALL Y‐INDUCED REFRACTIVE INDEX INHOMOGENEITIESIN LiNbO3 AND LiTaO3. Applied Physics Letters, vol:9, P72, 19665、P. A. Augustov and K. K. Shvarts. Surface Recombination and Photorefraction inLiNbO3-Fe Crystals. Appl. Phys. V ol:18, P399, 19796、张继德，崔舒，刘成有。
影响激光Z扫描测量精度的因素分析。
通化师范学院学报。
V ol: 30, P30, 20097、孙恩伟。
掺铪铌酸锂晶体的光学非线性吸收与折射特性的实验研究。
硕士论文，哈尔滨工业大学。
20078、廖轶凡，王超，忽满利等。
LN晶体自散焦到自聚焦转换的耦合理论分析，应用光学，vol：28，P367，20079、陆文强，陈靖，孙骞等。
铌酸锂晶体中光折变全息光栅的衍射效率均匀化研究。
中国科技论文在线搜索关键词：光折变铌酸锂z扫描思考题：1、设计实验方案2、怎样判断晶体C轴方向3、如何提高实验精度2、光存储：a、应用两波耦合法在铌酸锂晶体中记录体位相光栅，并实时测量其衍射效率的变化。
参考文献：1、教材，实验9－12、刘思敏，郭儒，凌振芳编著，张光寅审。
光折变非线性光学。
第一章，第五章，中国标准出版社，19923、刘思敏，郭儒，许京军。
掺杂LN晶体光折变效应及图象光存储特性
掺杂LN晶体光折变效应及图象光存储特性许心光;许贵宝;王正平;胡大伟;邵宗书;徐悟生;徐玉恒【期刊名称】《人工晶体学报》【年(卷),期】2003(32)5【摘要】利用514.5nm和632.8nm波长的激光,研究了单掺杂Fe和双掺杂Ce:Fe离子铌酸锂晶体的光折变二波耦合及光折变全息存储特性。
实验结果表明生长态双掺杂Ce:Fe与单掺杂Fe的LiNbO_3晶体的光折变波耦合增益差异不明显,但双掺杂Ce:Fe的LiNbO_3晶体的图象存储和擦除特性明显得到改善。
氧化态样品具有较大的透过率光谱范围和较好的图象存储质量;还原态样品具有较大的光折变二波耦合增益特性。
【总页数】6页(P427-432)【关键词】铌酸锂晶体;光折变效应;图象存储;透过率光谱;掺杂;Fe;LiNbO3晶体;铁【作者】许心光;许贵宝;王正平;胡大伟;邵宗书;徐悟生;徐玉恒【作者单位】山东大学晶体材料国家重点实验室;哈尔滨工业大学应用化学系【正文语种】中文【中图分类】TQ59;O78【相关文献】1.Ce：Fe：LN晶体光折变效应的研究 [J], 李铭华;王福平2.利用研究型实验培养学生能力的探索和实践——以"晶体光折变效应与光存储"实验为例 [J], 陈靖;陈宗强;钱钧;孙骞3.Ce:Nd:LN晶体的生长及光折变效应的研究 [J], 李铭华;赵业权;孙光跃;徐玉恒;吴仲康;娄志东4.双掺杂LiNbO_3晶体光折变效应研究 [J], 许心光;许贵宝;王正平;杨旭东;邵宗书;徐悟生;徐玉恒5.双掺杂LiNbO_3晶体光折变效应图像存储特性 [J], 张艳珍;许心光;许贵宝;胡大伟;王正平;邵宗书;徐悟生;徐玉恒因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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晶体光折变效应及其三维全息信息存储实验系统实验说明书北京方式科技有限责任公司本实验为一个典型的非线性光学类本科生综合物理实验，包含了弱光非线性光学，二波耦合理论，布拉格衍射原理，光折变三维全息信息存储技术，光学傅立叶变换，晶体材料的非线性光学特性等基本知识。
学生通过实验，一方面了解基本物理知识，还了解了一定的光子学技术学科前沿知识。
最重要的是本实验能为学生的实际科研能力打下一个良好的基础，通过实验预习，相关文献阅读，实验现象的观察，实验数据的测量、分析和总结，在实际动手能力，科研思维，实验技术，实验技能、技巧等方面都得到良好的锻炼。
目的：通过本实验，了解弱光非线性光学，光折变效应，二波耦合理论，铁电晶体材料- 铌算锂晶体光学特性等光学基础知识，掌握一定的晶体光折变三维全息信息存储技术，空间光调制技术，CCD 技术应用，光学傅立叶变换等，为科研实验和工作打下一个良好的实验基础。
一、实验原理光折变体三维全息信息存储中，信息存储通过两束相干光波在光折变介质中耦合进行全息记录。
由此可见，光折变体三维全息存储技术的基础是光折变效应和二波耦合，所以，在本章中我们首先介绍光折变效应及其动力学方程，全息存储耦合波方程以及光折变体三维全息信息存储原理。
光折变体三维全息信息的存储密度和容量对信息写入配置，复用方式，光折变材料的种类等条件有严格的依赖，所以我们对各种信息写入配置，复用方式和光折变材料的种类进行了介绍。
1. 光折变效应及其动力学方程光折变效应（ photorefractive effect）是光致折射率改变（ light induced refractive index change effect）的简称。
它是电光材料在光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。
光折变效应首先是由贝尔实验室的Ashkin等人于1965年发现的。
他们应用LiNbO3和 LiTaO3晶体进行倍频实验时意外地发现，由于光辐照区折射率的变化破坏了产生倍频的相位匹配条件，从而降低了倍频转换的效率。
当时把这种不期望的效应称为“光损伤”(Optical damage)。
这种“光损伤”在光辐照停止后仍能保留相当长的时间。
正是基于这种性质，1968 年，Chen等人首先认识到利用这种“光损伤”可以进行光信息存储，并深入研究了这种效应的物理机制。
为了解释光折变效应的动力学过程，Kukhtarev等人提出了带输运模型(Band transport model) (如图 1)。
这个模型目前已经被广泛接受，在下面的讨论中，我们都是利用这种模型进行研究。
下面对带输运模型进行简单介绍。
图一带输运模型在这个模型中，假定光折变介质中含有一定类型的杂质和缺陷，为了简单起见，假定所有的施主杂质占据同一个能级（单能级模型），这些施主杂质通过吸收光而电离，光电子被激发到导带，在导带中进行迁移（迁移机制有三种：迁移机制，漂移机制和光生伏打机制）。
被 电离的施主成为未被电子占据的空态，它们可作为俘获光电子的陷阱。
当光电子迁移至暗区 时，被该处的陷阱复合，形成空间电荷的分离，进而建立空间电荷场。
空间电荷场通过电光 效应在晶体内引起与入射光强的空间分布相对应的折射率变化。
带输运模型的光折变动力学方程可描述为下面几个方程：不动的电离施主心变化率方程：ργβ+++-+=∂∂-D R D D D N SI N N tN ))(( （1） 电荷的连续性方程：J qt N N A D ⋅∇-=∂--∂+1)(ρ （2） 电流方程： ph J E q qD J ++∇=μρρ （3）高斯定理：)()(ρε--=⋅⋅∇+A D N N q E （4）光波动方程： 022222=∂∂-∇opt opt E t c n E （5） 折射率方程：)1(222sc eff o o E n n n γ-=或 sc eff E n n n γ30021-= （6） 其中，q 为电子电量，ρ为导带中电子的数密度，ND+为电离的施主的密度，ND 为晶体内施主数密度，SI 为电子的光激发几率。
S 为光电激发常数，I 为入射光光强，β为电子热激发几率，γR 为复合常数，j为晶体中的电流密度，它包括三部分：扩散电流、漂移电流以及光生伏打电流。
D 为扩散系数，μ为迁移率，E 为晶体的介电常数，NA 为负电荷数密度，E 为电场，包括外电场E0和空间电荷场Esc 两部分，n0是晶体未受光辐照时的折射率，γeff是晶体的有效电光系数。
通过以上方程，我们可以知道入射光在晶体中引起的折射率变化。
2. 光折变体三维全息存储原理传统的全息术是利用从三维物体散射的光进行记录。
相对于传统的全息术，光折变体三维全息数据存储是利用通过掩膜的信号光与参考光在存储介质内进行二波耦合，然后通过光折变效应，在存储介质中存储信息，如图二是我们的光折变体三维全息存储的写入和读出光路。
图二全息存储光路 (a)信息写入光路 (b)信息再现光路通常认为铌酸锂晶体是最佳的三维全息存储介质，铌酸锂晶体具有易于大尺寸生长、性能稳定、价格低廉等优点，具有良好的光学性能、进行光折变全息存储所需要的大的电光系数。
可以很容易的通过各种掺杂以及热处理等各种后处理方法进行改性，所以本实验中采用铌酸锂晶体作为光折变存储介质。
红绿波段光是铌酸锂晶体敏感光。
考虑到存储密度与光波长的关系(V/λ3)和存储器小型化的需要(市场上有小型化了的半导体红光和绿光激光器)，所以我们通常利用波长为 532nm的激光进行实验研究。
2.1 体光栅和布拉格衍射图三光栅的写入（a）和衍射(b)当记录介质较厚(厚度比记录的干涉条纹间距大得多)时，两相干光束在介质内相互作用，形成三维光栅，我们称之为体全息图。
信息再现时，仅当读出光满足布拉格条件时，衍射振幅最大。
也就是说体全息图的特性由布拉格定律来确定，体全息图对写入光束显示出的角度和波长的选择响应，是其成为多重全息存储复用方式依据。
布拉格定律表示为：2Λsinθ=λ (7) 其中λ是写入光束在介质内的波长，θ是是耦合光束与峰值条纹面之间的夹角（布拉格角），Λ是条纹面间距。
体三维全息图的布拉格角度选择性不仅与记录介质的厚度有关，而且还与光栅间距和布拉格角有关。
Klein引入一个参量判断平面全息图和体积全息图：Q=2πλd/Λ2 (8)a式中λa是空气中的波长，d为全息图的厚度，n为介质的折射率，Λ为光栅的间距。
当Q>7 时，对于位相全息图，衍射效率可能超过95%，显然是体全息图；当Q<3 时，可看成平面全息图。
将(7)式代入(8)，可得到Q=4πdsinθ/Λ(9)上式表明等θ很小时，Q也可能很小，因而也不一定能看成体全息图。
图四体光栅的K矢量图透射光栅的形成（a）和再现(b)大多数体积全息图都有Q>>10。
体全息图的一个特点就是够抑制不需要的衍射级。
当在布拉格角附近一个很小的范围内再现时，仅有一个有效的衍射级。
为了便于分析，我们可以引入K矢量图。
假设纪录介质是均匀且各项同性的，并设所有入射到介质内的光波矢量的大小均为k=2π/λ，该值做为k矢量圆的半径，那么，在介质内与z轴的夹角分别为θ1和θ2的参考光束和物光光束，在介质中形成的干涉条纹面将平分两光束之间的夹角(θ1-θ2)，这样，布拉格角θ=(θ1-θ2)/2，见图三(a)和二(b)，φ是光栅矢量K的倾斜角，即条纹面法线方向与z轴的夹角。
光栅矢量的大小为K=2π/Λ (10)由图三(a)，K的大小为K=2ksin[(θ1-θ2)/2]=4πsinθ/λ（11）由(10)和(11)式可得到布拉格定律(7)式。
满足布拉格条件(θr=θ1)下再现该全息图时，θs=θ2，衍射光波即为原物光波，此时，衍射效率最大。
当再现光波偏离布格角入射(θr=θ+Δθ)，偏角为Δθ，(图4(b))，这时衍射效率将随着Δθ的增大迅速下降。
布拉格定律表明，如果再现光的波长和光栅间距已经被确定，则再现光的入射角便唯一确定，任何违反布拉格定律的角度改变都将导致衍射效率的明显下降。
这里值得一提的是我们的光折变体三维全息存储实验的信息存储就是利用了体全息图具有非常敏感的布拉格角度选择性。
2.2 信息存储和再现过程一束从半导体激光器出射的经过扩束准直的波长为532nm的激光通过掩膜（也可以选购透射式SLM），在垂直于传播方向的二维面上被显示图样调制，这样，被加载了信息的光束照射在晶体表面上，与一束相干的参考光在晶体内耦合，通过光折变效应在晶体内形成全息图，从而记录信息。
在掩膜和光折变存储介质之间加入一个透镜是为了在存储介质内存入掩膜图样的傅里叶变换。
在这里，采用二波耦合透射配置角度编码方式，参考光束的写入角度随着每幅全息图在改变，大量的信息页被记录在存储介质的同一体积内。
当然，也可以利用其他二波耦合配置，比如，90度配置和反射配置，也可以利用其他信息编码方式，比如波长编码和相位编码等，这样，就能在很小的体积内存储大量的信息页，我们在后面的章节中将有详细的论述。
当需要读出已经存储在存储介质内的特定全息图时（角度编码方式），我们用写入时的参考光，在特定的角度照射存储介质。
由于光栅具有很强的布拉格角度选择性，特定的信息页被读出。
重构波前就携带着信息，通过一个成像透镜在CCD(Charge Coupled Device)上成像，转换成电子信号，最后通过一定的解码方式，转换成可读信息。
每个信息页都能通过相匹配的参考光独立的再现。
3、全息存储复用方式在光折变三维存储器中，为了存储更多的信息，要求我们利用各种复用方式尽可能多的全息图叠置在光折变晶体中。
Van Heerden第一次指出在体的介质内多重的全息图可以被叠置或者复用。
可以利用晶体布拉格衍射特性来对各个全息图有选择的存取，由Van Heerden,Leith ,和Kogelnik计算的体全息图布拉格的选择性是大规模全息存储巨大存储容量的基础。
目前发展的复用方式有空间复用、角度复用(旋转复用)、角度-空间复用、波长复用、相位复用、以及它们的组合复用方式等。
本实验中采用的是角度复用。
图五复用方式：(a) 空间复用方式 (b)角度复用方式 (c)旋转复用方式(d)波长复用方式 (e)相位复用方式 (f)位移复用方式3.1 空间角度复用空间角度复用就是将各个全息图存储在晶体中彼此相互分离的不同的空间位置上（图五（a）），这种方式可以充分利用整个晶体的各个空间位置。
3.2 角度复用由于光折变存储器中的体折射率光栅厚度较大，可达到毫米甚至厘米量级，因此这些相位光栅对读出参考光有很强的角度选择性。
只有特定角度（布拉格选择角）入射的读出光才可能与相位光栅作用产生衍射光。
因此我们可以通过改变参考光的入射角度达到复用（寻址）目的。