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研究生： 林昭弘
Chao-Hung Lin
論文名稱： 摻釕鈦酸鋇單晶之光學與光折變性質
The Optical and Photorefractive Properties of Ru-doped Barium Titanate Single Crystals
指導教授： 張正陽
Jeng-Yang Chang
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 理學院 - 光電科學與工程學系
Department of Optics and Photonics
畢業學年度： 90
語文別： 中文
論文頁數： 63
中文關鍵詞： 黑暗導電率 、雙波混合 、釕 、鈦酸鋇 、光折變
外文關鍵詞： photorefractive, barium titanate, Ru, BaTiO3, dark conductivity, two-beam coupling
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    • 日益成熟的光折變理論，帶動光折變技術廣泛地應用在光資訊處理、類神經網路及光資訊儲存等領域。然而由於光折變材料的發展困難，以致於無法提供理想的材料供研究使用。尋找能量增益係數高、反應速度快和具有適當光扇效應的光折變材料成了目前的研究所期盼的重點之一。
    因此，在本實驗中，製作了不同摻雜濃度的摻釕鈦酸鋇單晶，探討摻入釕雜質之後，晶體的光學與光折變性質隨不同入射光波長變化的情形，並嘗試找出晶體內部能階的分佈，企圖能夠尋找出製造反應速度與能量增益皆適當之晶體的方法。
    摻釕鈦酸鋇單晶為紅色晶體，藍紫光區較敏感，雙波混合能量增益係數大，弱光速度快，強光速度不慢，主要載子型態為電洞，具有很大的黑暗導電率。本晶體具有適用於藍光以及弱光速度與強光速度差不多的特點，有助於應用在影像處理與存取。黑暗導電率較大的特點，若與氧化還原氣氛處理配合，可望有助於簡化晶體之製程。

    BaTiO3 crystals are important photorefractive materials due to their self-pumped phase-conjugation and large electro-optic coefficient. High gain, fast response time and proper beam fanning BaTiO3 crystals are desirable. We fabricated photorefractive BaTiO3:Ru single crystals and then investigated their optical and photorefractive properties. In as-grown Ru-doped BaTiO3 single crystals, the absorption peak is around 450nm. The dark conductivity is dominant in the crystal and much greater than the photo conductivity with a low intensity pumping beam.

    圖表索引 ………………………………………………………VI 第一章 前言 …………………………………………………1 第二章 理論介紹 ……………………………………………3 2.1. 引言 …………………………………………………3 2.2. 單載子單能階模型 …………………………………5 2.3. 雙載子單能階模型 …………………………………11 2.4. 單載子雙能階模型 …………………………………13 2.4.1. 空間電場與入射光強度的關係 ……………………14 2.4.2. 光導電與入射光強度的關係 ………………………16 2.4.3. 光柵吸收率 …………………………………………18 2.4.4. 黑暗衰減 ……………………………………………19 2.5. Three-charge state model ………………………19 2.5.1. 空間電場 ……………………………………………22 2.5.2. 光致吸收 ……………………………………………24 第三章 摻釕鈦酸鋇單晶之製作 ……………………………29 3.1. 前言 …………………………………………………29 3.2. 鈦酸鋇單晶之相變 …………………………………29 3.3. 鈦酸鋇晶體製程 ……………………………………30 3.3.1. 長晶 …………………………………………………30 3.3.2. 定向與切割 …………………………………………31 3.3.3. 氣氛處理 ……………………………………………31 3.3.4. 研磨與蝕刻 …………………………………………32 3.3.5. 極化與拋光 …………………………………………32 第四章 光學性質 ……………………………………………35 4.1. 前言 …………………………………………………35 4.2. 吸收光譜 ……………………………………………35 4.2.1 簡介 …………………………………………………36 4.2.2 實驗架設 ……………………………………………37 4.2.3. 實驗結果 ……………………………………………37 第五章 光折變性質 …………………………………………40 5.1. 前言 …………………………………………………40 5.2. 雙波混合 ……………………………………………40 5.2.1. 簡介 …………………………………………………40 5.2.2. 實驗架設 ……………………………………………41 5.2.3. 實驗結果 ……………………………………………42 5.3. 黑暗衰減 ……………………………………………44 5.3.1. 簡介 …………………………………………………44 5.3.2. 實驗架設 ……………………………………………44 5.3.3. 實驗結果 ……………………………………………45 5.4. 光致衰減 ……………………………………………45 5.4.1. 簡介 …………………………………………………45 5.4.2. 實驗架設 ……………………………………………46 5.4.3. 實驗結果 ……………………………………………46 第六章 結論 …………………………………………………51 參考文獻 ………………………………………………………53 圖表索引 圖2-1 光折變效應物理機制 ………………………………………25 圖2-2 單載子單能階模型 …………………………………………26 圖2-3 雙載子單能階模型 …………………………………………26 圖2-4 單載子雙能階模型 …………………………………………27 圖2-5 three-charge state model ………………………………27 圖2-6 three-charge state model ………………………………28 圖3-1 長晶爐架構 …………………………………………………33 圖3-2 摻釕鈦酸鋇晶體 ……………………………………………34 表4-1 摻釕鈦酸鋇單晶實驗樣本資料 ……………………………35 圖4-1 吸收光譜架構 ………………………………………………38 圖4-2 吸收光譜結果 ………………………………………………39 圖5-1 雙波混合實驗架構 …………………………………………48 圖5-2 雙波混合實驗數據 …………………………………………48 圖5-3 黑暗衰減實驗架構 …………………………………………49 圖5-4 黑暗衰減實驗數據 …………………………………………49 圖5-5 光致衰減實驗架構 …………………………………………50 圖5-6 光致衰減實驗數據 …………………………………………50

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