隧穿效应在光折变双中心能级模型中的作用

对于掺杂光折变晶体，目前普遍用双中心带输运模型来描述光折变过程中的电子输运过程。双中心模型的建立需要晶体在模型中有两个不同的能级中心，它们是由材料的本征缺陷或是往材料里掺加适当的杂质所形成。国际上普遍认为两个能级中心上的电子都是通过导带进行交换，对由隧穿效应导致的深浅能级之间直接电子交换过程的研究基本还是空白。我们将对在光折变空间电荷场研究的基础上，开展对不同掺杂光折变晶体中带输运模型的机理研究，切入点是隧穿效应在光折变双中心能级模型中的作用。我们研究在不同掺杂铌酸锂晶体中由隧穿效应所导致在深浅能级之间的直接电子交换过程对晶体空间电荷场的影响，利用其影响研究对此模型进一步完善的方法，同时还利用其影响研究通过改变晶体掺杂、组份或实验条件等方面优化晶体光折变性能的方法。我们的研究将为通过掺杂光折变晶体发生的非线性效应理论与应用奠定更加坚实的理论基础。

伴随着光折变效应应用的不断发展，利用光折变材料已成功制作了多种光子学器件。同时人们在探索光折变非线性光学效应的微观机制和介观现象等方面也进行了大量深入的研究工作。然而即便到今天，人们对光折变效应及其应用的了解仍不尽全面。光折变空间电荷场是承接光折变非线性光学效应的微观物理参数和介观现象的物理量。对它的研究将对光折变微观机制和介观现象的研究有着很大的指导意义。本项目针对目前光折变空间电荷场的演变在非线性效应中的两个应用(一个是非常有应用前景的光折变非挥发全息存储，另一个是当前非常热门的光伏孤子)作了比较深入、系统的研究,希望人们能对光折变效应有更进一步的认识。.　　　本项目以双中心模型为基础，从理论上研究了稳态低光强连续光条件下LiNbO3:Fe:Mn和LiNbO3:Cu:Ce晶体的非挥发全息记录过程中所形成的空间电荷场。我们通过比较在Mn2+/Mn3+ 和Fe2+/Fe3+ （LiNbO3:Fe:Mn中的）以及Cu+/Cu2+和Ce3+/Ce4+（LiNbO3:Cu:Ce中的）能级之间不同的电子交换过程对空间电荷场的贡献，推断通过深浅能级之间的隧穿效应而实现的直接电子交换过程在非挥发全息存储过程中起到了非常重要的作用。项目从理论上证实了低光强下近化学比LiNbO3:Fe的空间电荷场性能远大于LiNbO3:Fe:Mn晶体。.　　　本项目还以双中心模型为基础，通过研究材料参数和实验条件对灵敏度和动态范围的影响，讨论了提高非挥发全息存储性能的几种可能途径。结果证实，近化学比LiNbO3:Fe在低光强连续光范围内通常比LiNbO3:Fe:Mn晶体有着更高的记录灵敏度和更大的动态范围。.　　　最后，本项目研究了光折变光伏空间孤子随时间的演化过程以及背景光对光伏空间孤子的影响。结果表明，在有背景光时，光伏空间孤子随时间的演化过程比没有背景光时要快，演化过程加快的倍数恰为背景光与暗辐照光强之比。