第一章 铌酸锂晶体 1
1.1 铌酸锂晶体概述 1
1.2 铌酸锂晶体掺杂改性 3
1.3 掺杂铌酸锂晶体的应用 4
1.3.1 光学体全息存储 4
1.3.2 热固定法 6
1.3.3 电固定法 6
1.3.4 双光子固定法 7
1.3.5 单掺杂或非掺杂双光子固定法 7
1.3.6 双掺杂双光子固定法 8
1.4 光折变晶体的位相共轭 9
1.5 全息关联存储 10
1.6 集成光学的应用 11
1.6.1 光波导简述 11
1.6.2 光波导理论 11
1.6.3 平面光波导的传播模式 12
1.6.4 激光光束与波导之间的耦合方式 13
1.6.5 基片的制备 15
1.7 非线性光学的应用 15
参考文献 16
第二章 铌酸锂晶体的生长 19
2.1 提拉法生长铌酸锂晶体 19
2.1.1 原料合成 19
2.1.2 原料的预烧结 20
2.1.3 晶体生长 20
2.1.4 设备安装 21
2.1.5 溶质分疑和组分过冷 22
2.1.6 铌酸锂晶体生长的工艺参数 23
2.1.7 晶体生长过程 25
2.1.8 晶体的极化 26
2.1.9 晶体的加工 27
2.2 单掺杂LiNbO3晶体的生长 28
2.2.1 晶体生长和样品的制备 28
2.2.2 提高铌酸锂晶体光折变效应的掺杂浓度 29
2.2.3 氧化和还原处理 30
2.3 单掺和双掺杂铌酸锂晶体（抗光损伤杂质）的生长 31
2.3.1 掺抗光损伤杂质LiNbO3晶体的生长工艺 32
2.3.2 防止晶体开裂 33
2.3.3 生长条纹及其抑制 34
2.4 不同Li/Nb比LiNbO3晶体的生长 35
2.5 化学计量比铌酸锂晶体的生长 37
2.5.1 双坩埚技术 38
2.5.2 气相交换平衡法 38
2.5.3 顶上籽晶熔液生长（TSSG）法（熔盐提拉法）生长化学计量比铌酸锂晶体 39
2.6 提拉法生长晶体的优缺点 39
2.7 坩埚下降法生长LiNbO3晶体 40
参考文献 41
第三章 铌酸锂晶体的光折变效应 43
3.1 光折变效应简介 43
3.2 光折变效应的特点 43
3.3 光折变效应的发展 44
3.4 光激发电场载流子的产生 44
3.5 电荷载流子的输运 45
3.5.1 扩散 45
3.5.2 漂移 46
3.5.3 光生伏打效应 47
3.5.4 电荷输运方程 48
3.6 光折变效应基本方程 49
3.7 光致空间电荷场 51
3.8 LiNbO3晶体中的光折变中心 56
3.9 光折变效应的物理过程 58
3.9.1 In:Ce:Cu:LiNbO3晶体中载流子输运模型 59
3.9.2 双光子LiNbO3晶体的光伏场与光强的关系 62
参考文献 64
第四章 铌酸锂晶体的结构及缺陷 66
4.1 铌酸锂晶体的基本结构 66
4.2 铌酸锂晶体的本征缺陷结构 70
4.3 铌酸锂晶体的非本征缺陷结构 72
4.3.1 二价掺杂离子的占位 73
4.3.2 高价掺杂离子的占位 75
4.4 铌酸锂晶体中Li/Nb比对结构和性能的影响 77
4.4.1 Li/Nb比对铌酸锂晶体Raman谱线宽的影响 77
4.4.2 Li/Nb比对铌酸锂晶体居里温度的影响 77
4.4.3 Li/Nb比对铌酸锂晶体折射率的影响 78
4.4.4 Li/Nb比对相匹配角和相匹配温度的影响 79
4.4.5 Li/Nb比对铌酸锂晶体密度和晶胞参数的影响 79
4.4.6 Li/Nb比对铌酸锂晶体光折变性能的影响 79
4.5 其他电荷输运模型 80
4.5.1 电子-空穴竞争模型 80
4.5.2 双中心电荷输运模型 81
4.5.3 三价态电荷输运模型 83
参考文献 85
第五章 铌酸锂晶体的生长基元与结晶形貌 88
5.1 化学键 88
5.2 晶体构型与化学键 89
5.3 晶体生长理论模型概述 93
5.4 铌酸锂晶体的形貌 94
5.4.1 晶体的结晶形貌 94
5.4.2 LN晶体结构与形貌 95
5.5 LN熔体结构与生长基元 96
5.5.1 LN熔体结构 96
5.5.2 LN晶体生长基元 96
5.6 铌酸锂晶体的结晶习性 97
5.6.1 铌酸锂晶体结晶学特征 97
5.6.2 铌酸锂结晶习性 98
5.7 影响晶体结晶形态的因素 100
参考文献 102
第六章 掺杂铌酸锂晶体双光束耦合及光折变性能 104
6.1 双光束耦合理论 104
6.2 掺杂铌酸锂薄晶体指数增益系数 106
6.2.1 双光束耦合实验 106
6.2.2 基于大角光致散射的机理分析 108
6.3 Ce:Mn系列LiNbO3晶体的光学性能和光折变性能 112
6.3.1 Ce:Mn系列铌酸锂晶体的原料配比 112
6.3.2 差热分析结果 113
6.3.3 晶体的极化及氧化还原处理 114
6.3.4 氧化还原处理 116
6.3.5 红外光谱测试结果 117
6.3.6 OH－吸收峰移动机理研究 118
6.3.7 紫外-可见吸收光谱分析 120
6.3.8 Li/Nb比对Ce:Mn:LiNbO3的指数增益系数的影响 123
6.3.9 双光束耦合衍射效率测试 124
6.3.10 温度对Ce:Mn:LiNbO3晶体的指数增益系数的影响 124
参考文献 124
第七章 双掺杂铌酸锂晶体光折变效应 126
7.1 双掺杂铌酸锂晶体光折变增强的理论研究 126
7.1.1 双掺杂晶体中载流子输运模型 126
7.1.2 双掺杂晶体的光折变动力学方程 129
7.1.3 速率方程的稳态解 130
7.2 双掺杂铌酸锂晶体光折变增强的实验研究 133
7.3 Ce:Fe:LN晶体的光学性能和光折变性能 136
7.3.1 Ce:Fe:LN晶体的成分配比 137
7.3.2 居里温度 137
7.3.3 Ce:Fe:LN晶体的极化 138
7.3.4 铈铁系铌酸锂晶体晶格常数的计算及其结构分析 138
7.3.5 紫外-可见光吸收光谱 141
7.3.6 基础吸收边移动机理 142
7.3.7 Ce:Fe:LN晶体的光折变性能 145
参考文献 145
第八章 掺杂铌酸锂晶体全息存储性能研究 147
8.1 衍射效率 147
8.1.1 静态型全息光栅的衍射效率 147
8.1.2 动态型全息光栅的衍射效率 148
8.2 光折变响应时间 149
8.2.1 响应时间表达式 150
8.2.2 光电导的测算 150
8.2.3 响应时间的测试 151
8.3 擦除时间 151
8.4 光折变灵敏度 151
8.5 体全息存储系统中光折变晶体的动态范围 153
8.5.1 动态范围的引入及其定义 153
8.5.2 动态范围M／＃的计算与优化 153
8.5.3 LN晶体的M／＃ 154
8.6 掺铁LN晶体的存储性能 157
8.6.1 Fe:LN晶体作为光折变体全息存储的首选材料的优点 157
8.6.2 掺铁铌酸锂晶体全息存储性能的优化 157
8.6.3 Fe:LN晶体全息存储性能研究 159
8.7 Ce系LN晶体的生长的全息存储性能光学性能和全息存储性能 160
8.7.1 Ce系LN晶体X射线衍射分析 160
8.7.2 Ce系LN晶体光折变存储性能的测试 161
8.8 铜铁系LN晶体的光折变存储性能 162
8.8.1 Cu:Fe:LN晶体的光折变存储性能 162
8.8.2 Cu:Fe:LN晶体的光折变存储性能 163
参考文献 166
第九章 掺杂铌酸锂晶体全息存储及其应用 169
9.1 晶体存储技术的基本原理及研究意义 169
9.2 光学体全息存储系统评价 171
9.2.1 存储密度 172
9.2.2 信噪比 172
9.2.3 误码率 172
9.2.4 存储密度和记录介质的动态范围 173
9.2.5 Ce:Fe:LN系列铌酸锂晶体在光学体全息存储及其应用 173
9.3 Zn:Fe:LN晶体在海量光学体全息存储及其应用 175
9.3.1 海量光学体全息存储 176
9.3.2 海量光学体全息存储的基本原理 176
9.3.3 海量光学体全息存储系统的建立 177
9.3.4 二维海量光学存储及识别系统的容量 179
9.3.5 16级灰度图像的相关识别 181
9.3.6 匹配滤波相关器 181
9.3.7 角度复用的体全息相关器 181
9.4 Fe:LN晶体体全息大容量存储实验 182
9.4.1 实验装置 182
9.4.2 读出图像强度分布的不均匀及其克服方法 183
9.4.3 大容量存储实验 186
参考文献 189
第十章 光折变晶体中位相共轭效应及温度效应 190
10.1 四波混频耦合波方程的数值解法 190
10.2 掺杂LN晶体位相共轭性能研究 194
10.2.1 掺杂LN晶体位相共轭性能测试 194
10.2.2 掺杂LN晶体的位相共轭镜消除光波的位相畸变 196
10.3 Ce:Mn:LN晶体的非简并四波混频 196
10.3.1 实验装置和结果 196
10.3.2 对实验现象的定性解释 198
10.4 利用位相共轭镜（PCM）实现关联存储 198
10.4.1 记忆单个物的关联存储 198
10.4.2 记忆N个物的关联存储 199
10.4.3 全息关联存储 200
10.4.4 采用自泵浦位相共轭镜的关联存储器 200
10.4.5 采用四波混频位相共轭镜的关联存储器 201
10.4.6 外泵浦位相共轭激光器 203
10.4.7 稳态输出特性 204
10.5 铌酸锂晶体简并四波混频相位共轭的温度特性 205
10.5.1 实验设备 205
10.5.2 正常温度特性 206
10.5.3 异常温度特性 208
参考文献 210
第十一章 铒系列铌酸锂晶体的光学性能 212
11.1 Er:LiNbO3晶体的研究的意义及进展 212
11.2 掺铒基质材料的选择与放大器基本原理 213
11.3 Er:LiNbO3晶体的生长 214
11.4 铒双掺铌酸锂晶体的吸收特性 215
11.4.1 双掺Mg/Er-LiNbO3晶体的吸收特性 215
11.4.2 双掺In/Er-LiNbO3晶体的吸收特性 217
11.4.3 双掺Sc/Er-LiNbO3晶体的吸收特性 217
11.5 铒双掺铌酸锂晶体的J-O理论分析 219
11.5.1 Judd-Ofelt理论模型 219
11.5.2 双掺Mg/Er-LiNbO3晶体的J-O理论分析 221
11.5.3 双掺In/Er-LiNbO3晶体的J-O理论分析 225
11.5.4 双掺Sc/Er-LiNbO3晶体的J-O理论分析 228
参考文献 231
第十二章 镁系列和锌系列铌酸锂晶体的光折变性能 233
12.1 Mg系列LN晶体的光学性能和光折变性能 233
12.1.1 Mg2＋浓度和Li/Nb摩尔比变化对LiNbO3晶体光学性能的作用和影响 233
12.1.2 晶体生长和样品制备 233
12.1.3 Mg:LN晶体光学性能测试 234
12.1.4 Mg:LN晶体的紫外可见吸收光谱 234
12.1.5 Mg:LN晶体吸收边移动机理 235
12.1.6 Mg:LN晶体红外光谱测试 236
12.1.7 OH-吸收峰移动机理 236
12.1.8 Mg:LiNbO3晶体光损伤阈值增强研究 237
12.2 Mg:Fe:LN晶体的光折变效应 237
12.2.1 m线法测试Mg系列LN晶体波导基片光损伤 238
12.2.2 光波导光损伤的测量结果 239
12.3 Zn系列LN晶体的光学性能和光折变性能 240
12.3.1 Zn:LN晶体的生长 241
12.3.2 Raman光谱法测定晶格结构 242
12.3.3 测试结果与晶体结构分析 242
12.4 Zn:Fe:LN晶体的光学性能和存储性能 246
12.4.1 Zn:Fe:LN晶体红外吸收光谱测试 247
12.4.2 Zn:Fe:LN晶体紫外-可见吸收光谱测试 247
12.4.3 晶体中掺杂离子浓度测定结果 250
12.4.4 Zn:Fe:LN晶体抗光损伤性能 252
12.4.5 全息存储性能测试 253
12.4.6 空间电荷场和扩散场的计算结果 254
参考文献 255
第十三章 铟系列和钪系列铌酸锂晶体的光折变性能 257
13.1 In:LN晶体和Sc:LN晶体光谱性能和抗光损伤 257
13.1.1 Sc:LN晶体红外光谱测试 258
13.1.2 In:LN晶体和Sc:LN晶体抗光损伤能力测试 258
13.2 In:Ce:Cu:LN晶体的光折变体全息存储性能测试 259
13.2.1 衍射效率和擦除时间的测量 260
13.2.2 In:Ce:Cu:LN晶体的光折变体全息图像库的相关识别的应用 261
13.3 不同Li/Nb比铟铁铌酸锂晶体光折变性能的研究 263
13.3.1 晶体生长 263
13.3.2 不同Li/Nb比铟铁铌酸锂晶体的缺陷结构 264
13.4 In:Fe:LN晶体全息存储性能测试 266
13.4.1 衍射效率测试 266
13.4.2 响应时间和擦除时间的测量 267
13.4.3 实验结果讨论 267
13.5 In:Fe:LN晶体光折变性能的提高 268
13.5.1 In掺杂的效果实验 269
13.5.2 光折变性能的提高 270
13.6 不同Li/Nb比Mg:Sc:Fe:LN晶体生长及光折变性能 271
13.6.1 晶体生长及加工 272
13.6.2 抗光致散射能力的测试 272
13.6.3 二波耦合测试 272
13.6.4 紫外可见吸收光谱 273
13.6.5 红外光谱 274
13.6.6 二波耦合及抗光损伤能力 275
13.7 近化学计量比Zn:Sc:Fe:LN晶体位相共轭 276
13.7.1 Zn:Sc:Fe:SLN晶体红外光谱 276
13.7.2 Zn:Sc:Fe:SLN晶体位相共轭效应测试 277
参考文献 279
第十四章 锆系列铌酸锂晶体光折变性能 280
14.1 Zr:LiNbO3晶体缺陷结构和抗光损伤性能 280
14.1.1 Zr:LiNbO3晶体的生长和缺陷结构研究 280
14.1.2 Zr:LiNbO3晶体抗光损伤研究 281
14.1.3 Zr:LiNbO3晶体的光谱性能 283
14.2 Li/Nb摩尔比变化对Zr:Fe:LiNbO3晶体光折变性能的影响 285
14.2.1 Zr:Fe:LiNbO3晶体的生长 285
14.2.2 Zr:Fe:LiNbO3晶体的抗光损伤 286
14.2.3 Zr:Fe:LiNbO3晶体的红外光谱 287
14.2.4 Zr:Fe:LiNbO3晶体指数增益系数 288
14.2.5 Zr:Fe:LiNbO3晶体全息存储性能 288
14.3 Zr:Fe:LiNbO3晶体四波混频位相共轭镜的关联存储性能 289
14.3.1 Zr:Fe:LiNbO3晶体的生长和样品制备 289
14.3.2 Zr:Fe:LiNbO3晶体的红外光谱 290
14.3.3 m线法研究波导基片光损伤 290
14.3.4 位相共轭性能测试 291
14.3.5 Zr:Fe:LiNbO3晶体全息关联存储 292
14.4 近化学计量比Zr:Fe:LiNbO3晶体的存储性能和缺陷结构 293
14.4.1 Zr:Fe:SLiNbO3晶体的生长 294
14.4.2 晶体性能测试 294
14.4.3 Zr:Fe:SLiNbO3晶体全息存储性能 295
14.4.4 Zr:Fe:SLiNbO3晶体全息存储系统 295
参考文献 297
第十五章 铪系列铌酸锂晶体光折变性能 299
15.1 Hf:LiNbO3晶体的缺陷结构和抗光折变性能 299
15.1.1 晶体样品的制备 299
15.1.2 晶体光学均匀性 299
15.1.3 Hf:LiNbO3晶体红外光谱 300
15.1.4 全息法原理 301
15.1.5 Hf:LiNbO3晶体抗光损伤 302
15.2 不同［Li］／［Nb］比共掺Hf:Fe:LiNbO3晶体光折变指数增益的研究 303
15.2.1 Hf:Fe:LiNbO3晶体红外光谱测试 304
15.2.2 Hf:Fe:LiNbO3晶体抗光折变能力测试 305
15.2.3 Hf:Fe:LiNbO3晶体指数增益系数 305
15.3 Hf:Fe:LiNbO3晶体图像热固定及存储寿命的研究 308
15.3.1 热固定原理 309
15.3.2 Hf:Fe:LiNbO3晶体图像热固定实验 310
15.3.3 Hf:Fe:LiNbO3晶体热固定衰减时间（存储寿命）的测试 311
15.4 Hf:Cu:Fe:LiNbO3晶体非挥发全息存储 313
15.4.1 晶体生长和样品制备 314
15.4.2 Hf:Cu:Fe:LiNbO3晶体抗光致散射能力 314
15.4.3 Hf:Cu:Fe:LiNbO3晶体抗光致散射能力的机理 315
15.4.4 晶体全息存储性能 315
15.5 晶体非挥发性全息存储 316
15.5.1 Hf:Cu:Fe:LiNbO3晶体双光子固定 316
15.5.2 Cu:Fe:LiNbO3晶体的非挥发性全息存储的记录方案研究 317
参考文献 317
第十六章 近化学计量比铌酸锂晶体的光学性能和光折变性能 320
16.1 SLN晶体的生长及性能的研究 320
16.1.1 SLN晶体的生长 320
16.1.2 LN晶体的相位匹配和晶体中Li的浓度 321
16.1.3 强还原SLN产生快的光折变响应 322
16.2 SFe:LN光谱性能和光折变性能 324
16.2.1 Fe:SLN性能的优点与缺点 324
16.2.2 X射线衍射测试 325
16.2.3 Fe:SLN杂质离子占位分析和红外光谱的测试 329
16.2.4 Fe:SLN全息存储性能的要求 331
16.2.5 Fe:SLN光折变性能的测试 332
16.2.6 生长态Fe:SLN光折变性能 333
16.3 TSSG法生长近化学计量比Fe:Mg:LN晶体的生长和存储性能研究 335
16.3.1 实验 335
16.3.2 Fe:Mg:LN晶体性能测试 336
16.3.3 结果和讨论 337
16.3.4 掺杂LN晶体OH-吸收峰移动机理 337
16.3.5 Fe:Mg:LiNbO3晶体抗光损伤阈值 338
16.3.6 大容量全息存储实验 339
16.4 掺Mn近化学计量比铌酸锂晶体光学性能 339
16.4.1 实验和结果 340
16.4.2 铁电畴结构 340
16.4.3 红外光谱 340
参考文献 341
第十七章 掺杂铌酸锂晶体倍频性能研究 343
17.1 干涉照相法测试晶体双折射梯度 343
17.1.1 双折射梯度自动扫描检测原理及装置 344
17.1.2 测量结果及讨论 346
17.1.3 由双折射梯度来估计消光比 347
17.1.4 晶体倍频的基本原理 347
17.1.5 两类相位匹配 349
17.2 Mg:LN晶体与Zn:LN晶体的抗光损伤能力测试 351
17.3 晶体倍频性能测试 351
17.3.1 不同Li/Nb比Zn(6.5mo1%):LN晶体的倍频性能 352
17.3.2 不同Li/Nb比Zn(6.5mo1%):LN晶体的生长工艺条件 353
17.4 不同浓度Mg:LN晶体和不同浓度Zn:LN晶体的倍频性能 354
17.5 角度匹配测试倍频转换效率 355
17.6 暗迹的产生 357
15.6.1 暗迹的吸收光谱 359
17.6.2 氧化还原对Mg:LN晶体倍频转换效率的影响 359
17.6.3 光致暗迹产生机理探讨 360
参考文献 361