为了对在LiNbO3:Ce:Cu晶体中绿光作为记录光的非挥发全息记录进行优化, 联立求解了双中心物质方程和双光束耦合波方程, 数值分析了平均空间电荷场(SCF)和衍射效率随晶体的氧化还原态、记录光与敏化光的光强比以及深浅中心的掺杂浓度的变化。结果表明, 采用绿光作为记录光在LiNbO3:Ce:Cu晶体中进行非挥发全息记录, 可以记录得到强光折变光栅, 其空间电荷场高达107 V/m;获得高达80%以上的固定衍射效率, 各相关参量都有较大的优化空间。

根据双中心带输运模型,对(Ce,Cu)∶LiNbO3晶体双中心非挥发全息记录进行了理论研究与优化。推导了(Ce,Cu)∶LiNbO3晶体的微观参量,采用数值方法通过严格求解模拟双中心带输运方程来模拟全息记录过程。分析了记录过程中,记录与敏化光强、Ce和Cu掺杂浓度以及晶体微观参量对(Ce,Cu)∶LiNbO3晶体双中心全息记录的影响。发现(Ce,Cu)∶LiNbO3晶体非挥发全息记录中实现高衍射效率与固定效率的主导因素是深中心Cu,在记录过程中,深中心Cu建立起了很强的空间电荷场。数值模拟的结果经过实验验证,最高饱和与固定衍射效率别为60.5%和53.8%。

采用双中心记录方案在双掺杂LiNbO3∶Fe∶Rh晶体中实现了近红外非挥发全息记录,研究了LiNbO3∶Fe∶Rh晶体在633 nm,752 nm,799 nm波长下的全息记录性能。结果表明,在使用近红外记录光时,其记录灵敏度随敏化光强的变化趋势与双中心短波长记录时的不同。通过和LiNbO3∶Fe∶Mn等传统双掺杂铌酸锂晶体的近红外波段记录效果对比,发现同时掺杂Fe和Rh可增强晶体对近红外光的吸收,获得更高的浅中心Fe光生伏特系数,从而能够在LiNbO3∶Fe∶Rh晶体中实现近红外波段的光折变全息记录。

研究了LiNbO₃∶Cr∶Cu晶体的吸收特性，发现LiNbO₃∶Cr∶Cu(含0．14wt．%Cr₂O₃和0．011wt．%CuO)晶体存在两个明显的吸收峰，中心波长分别位于480nm和660nm；随着Cr的含量逐渐减小，Cu的含量逐渐增大，短波段不存在明显吸收峰，掺Cr的含量越大，中心波长在660nm处的吸收越大；633nm红光虽然位于中心波长为660nm的吸收峰内，但它无助于光折变过程．分别采用390nm紫外光和488nm蓝光作为敏化光，514nm绿光作为记录光的记录方案，实现了非挥发全息记录，掺入适量的Cr(比如N_Cr=2．795×10²⁵m^－3，N_Cr／N_Cu=1)有助于全息记录性能的提高．

分别采用514 nm绿光、488 nm蓝光和390 nm紫外光作为敏化光,633 nm红光作为记录光,详细研究了敏化光波长对氧化(Fe,Ni):LiNbO3晶体全息记录性能的影响。结果表明:随着敏化光波长的逐渐减小,氧化(Fe,Ni):LiNbO3晶体的非挥发全息记录性能逐渐优化,390 nm紫外光是这三种敏化光中最优的敏化光。考虑敏化光的吸收,为了在双中心全息记录中获得最优的性能,应当选择合适波长的敏化光:一方面短波长敏化光能有效地敏化深中心;另一方面短波长敏化光的吸收太强(如对光折变效应无用的基质吸收),不能沿厚度方向有效地敏化晶体,所以实际上需折衷考虑,并从理论上给予了解释。

采用三种不同的双光记录方案进行了LiNbO3∶Fe∶Ni晶体全息存储实验,详细研究了饱和衍射效率、固定衍射效率、动态范围和记录灵敏度,以及退火条件对记录的影响。结果表明,氧化LiNbO3∶Fe∶Ni 晶体的饱和衍射效率、固定衍射效率和记录灵敏度比其他报道的双掺杂LiNbO3晶体高。结合掺杂能级图,理论分析了LiNbO3双掺杂晶体深陷阱中心能级的相对位置及其微观光学参量对全息记录性能的影响。LiNbO3∶Fe∶Ni晶体有望成为一种新的高效率非挥发全息存储材料。

采用紫外光作记录光在Ce∶Mn∶LiNbO3晶体中实现非挥发全息记录,灵敏度可达0.0803 cm/J,衍射效率(固定)为5.07%,比采用红光为记录光,紫外光为敏化光的非挥发双中心记录方案均提高了50多倍。分析表明,采用紫外光作为记录光,深能级电子被激发比例极大提高,参与光折变过程的电子平均运动周期变短,提高了衍射效率和灵敏度;深浅能级电子光栅的同相位,使得固定空间电荷场变强。文中还研究了退火对记录性能的影响。

研究了非挥发全息记录中由于紫外光的强吸收而引起的光栅非均匀性,分析了这种非均匀性对光栅衍射效率的影响。结果显示,非均匀性致使光折变光栅的平均强度减弱,衍射效率降低。提出了采用两束等光强的敏化紫外光由晶体两侧入射的优化方案以改善光栅的均匀性,提高光栅的衍射效率。通过联立两中心带输运物质方程和双光束耦合波方程,进行了相应的理论模拟,并给出实验验证。结果表明双侧紫外光照射能够实现均匀性较好的光栅,是提高衍射效率的有效途径之一。

提出了一种在双掺杂铌酸锂晶体中用调制的双紫外光进行非挥发全息记录的方法。与通常的用紫外光敏化的非挥发全息记录相比,这种方法可以大幅度地提高光栅强度和记录灵敏度。联立双中心物质方程和双光束耦合波方程,数值分析了光栅强度和衍射效率随时间的变化并讨论了掺杂浓度和记录光强对紫外光非挥发全息记录机制下光折变效应的影响。研究发现,紫外光记录得到的深浅中心的光栅具有相同的相位,总的光栅(深浅中心光栅的叠加)强度为两光栅强度之和,固定过程中深中心的光栅得到增强;增大深浅中心掺杂的浓度可以提高光栅强度,增大记录紫外光的光强可以增加光栅的强度和记录灵敏度。理论模拟可以证实并预测实验结果。