1.2.4　光折变晶体

在一定强度激光的照射下，折射率会发生变化的晶体，叫光致折射率变化晶体，简称光折变晶体。这种介质通常可吸收外来光子而产生介质内部电荷迁移（漂移、扩散、跳跃等）。这一电荷分布的改变形成一个空间电荷场，通过电光效应使折射率受到调制。因此，产生光折变效应的必要条件是介质对光有吸收作用；介质中存在着可移动的电荷和非零的电光系数。

光折变晶体的研究受到重视主要有下列因素。

①使用这种材料只要用低功率的连续激光，就可以在室温下进行多种不同光信号的处理和运算，尤其是对在大量光学数据作并行处理或要求在短时间内完成数字计算机尚难以胜任的计算量方面的工作。使用这种材料，具有系统结构简单、紧凑、结实可靠、成本低等优点。

②使用这种材料能制成多种空间光调制器，电压、电场传感器，光开关等实时处理器件。

③光折变材料的光学非线性非常高，实验中可以产生许多新过程和新现象。

例如：两束光波入射到晶体中产生干涉，干涉光场分布为周期的光强分布，形成空间电荷光栅。当光波射到光栅上时，会发生发射，这就是所谓的“四波混频”。

如图1-4所示，当两束光波入射到光折变晶体一段时间后，将其中的一束光波（如入射光2）遮住。此时在普通情况下，如光波照射到玻璃中，原来出射方向上将不会有光波。而光折变晶体在入射光的作用下形成光栅，入射光1发生衍射，在入射光2的出射方向上仍可看到光波传播。利用光折变晶体还可在两束能量相差较大的光波中发生能量转移，对能量较小的光波进行放大，即将能量较多的光波的能量传递给能量较小的光波。

图1-4　光折变原理及能量转移原理

图1-5为自泵浦相位共轭图。由于晶体中一些散射粒子的存在，入射到晶体中的光波的传播方向发生改变，在晶体内部发生反射，反射光和未发生反射的入射光相交产生光折变效应，形成光栅，原来入射光通过衍射后会从原方向射出来，该出射光会消除原入射光的波前畸变。

图1-5　自泵浦相位共轭图

光折变晶体制成的各种器件，仍停留在模型运转阶段，未能转化成商品器件。影响光折变晶体实用化的主要因素在于光折变晶体的响应速度慢，噪声较大，尚不能满足当今信息处理的需求。

光折变晶体可分为三类：

①铁电氧化物，如钙钛矿结构的BaTiO₃（简写为BTO），钛铁矿型的LiNbO₃（LN）、KNbO₃（KN），钨青铜型结构的Sr_1-xBa_xNb₂O₆（SBN）、Ba₂NaNb₅O₁₅（BNN）等。

②非铁电晶体，软铋矿的Bi₁₂SiO₂₀（BSO）、Bi₁₂GeO₂₀（BGO）和Bi₁₂TiO₂₀等。

③化合物半导体材料GaAs、InP、CdTe、CdS、CdSe等。