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LiNbO:Fe 晶体的光致声发射现象

发布日期:2017-05-06 11:33    浏览次数:次

作者:北京建筑工程学院 黄伟,师华;南开大学 李正明,吴仲康;同济大学 李杰,陈杰伟

一、引言

LN:Fe晶体是一种典型的全息存储介质,它的光致损伤已有研究。在一束相干可见激光辐照下,会产生自增强衍射光。它的机制可考虑为入射光与其在晶体后表面上的反射光束和由晶体缺陷所致的散射光束的简并四波混频。自衍射光是上述相关射束对晶体内形成的众多位相光栅的衍射。若相关射束相干形成的一组明暗干涉条纹如图,则相应于这一干涉条纹的空间电荷密度,空间电荷场,由压电所致的应变S以及光致折射率变化(图中带斜线部分表示收缩区域,无斜线部分表示膨胀区域)。一般这种空间电荷场可达数量级。由此导致一个介质的击穿过程,俗称准击穿,即沿晶体通光界面上弱电离气体通道的放电。我们发现一束相干可见激光辐照下的LN:Fe晶体,在准击穿时会产生一种声发射现象。它的发射频率随入射光强、辐照时间增加而增大,它的周期与光生伏特电流、光致折射率变化,以及某一点自衍射光强的跃变周期相同,这可以通过输入晶体的超高频声信号探测出来。本文对此现象作了探讨,认为这种声发射起因于准击穿时的跃变空间电荷场所致的晶体应变效应。

图1
二、实验
所用晶体试样为单畴LiNbO:Fe(0.08mol%Fe)晶体。通光截面为面,片状样品厚度为1mm,块状样品15X15X15mm。单光束激光波长为1.片状试样沿P.方向的光生伏特电流I,折射率变化以及自衍射光强A随时间的变化关系.
单光束激光辐照在片状试样上,应用光生伏特电流测量法.测量了沿试样自发极化轴P的电流强度I;同时应用补偿法,测量光折变以及某一点的自衍射光强A.结果如图2所示.

图2
由图2知,光致准击穿时I曲线突变下降,与此同时,也突然下落.如规定三者的跃变下落点D,P间的时间为一周期T,则由图2知三者的跃变周期T相等.这一关系在较高功率密度辐照下的准击穿过程也适用.光强一定辐照时间增长或光强增大都能导致准击穿的频率增加,相应的这三者的跃变周期也变短.

图3
2.块状样品的超声回波与A的关系.
激光光束辐射在块状样品上,应用超声波法.测量超声回波,同时应用某一点的自衍射光强变化A来显示光致准击穿,实验装置如图3,得结果如图4.

图4表明光致准击穿插时,超声回波被晶体应变所致的低频声波调制,辐值曲线的突变下降或上升与自衍射击光强A的下降或上升是同时的.如按上述规定跃变点D.P之间为一大相应的低频声波频率也增大,二者的频率相同,如图4激光的波长对A的周期的影响,同样对低频声波周期也有影响.实验结果表明,小组长514.5时比488.0的跃变周期要长.
三讨论
1.低频声波产生的我们认为它起因于光致准击穿时由跃变空间电荷场院所致的晶体应变效应.所谓准击穿,即空间电荷场产生的一咱沿晶体通光界面上弱电离气体通道上的放电现象.由于这咱气体通道似网一样联结了空间电荷场的正负极并联于测量光生伏特电流的主回路上.因此,它的放电导致短路.主回路上的I突然下降,同时空间电荷场院E,因放电也突然下降,由此导致电流在主回路上流通.I曲线快速回升到击穿前的主值.这一现象表明,准击穿不是体效应,但是的回升曲线不是这样,这是因为决定一般说E的增长有一弛豫时间.因此的增长就比较平稳.显然,由决定的压电应变S,它将随E,的跃进变和平稳回升而变化.这就是晶体低频声波产生的主要原因.另外由于气体放电也会产生一定的热效应,由此在晶体界面上产生一热脉冲,部分热量会使晶体受热升温,导致热应变及热释电效应.这些也是晶体低频声波产生的一个因素,不过,在我们实验条件下它是次在的.
2.低频声波周期与A.I的跃变周期相同.
由上述可知,这些参数直接受制于E的跃变周期.因此它们应有相同的周期;并且它们将随入射光强、辐照时间以及波长的影响而变化。
总之,本文观察到了光致准击穿时的一种声发射现象。它起因于跃变空间电荷场所致的晶体应变效应;同时通过对I,A的实验研究与分析,进一步阐明了光致准击穿现象。

参考文献(略)

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