光折變效應

光折變效應（photorefractive effect）是指一種特殊的光感生折射率變化現象。入射光將束縛在某些晶體或有機物里的雜質或缺陷形成的淺阱中的載流子（電子或空穴）激發出來，如果光強是不均勻的，光激發載流子將通過擴散等過程進行遷移，結果是在介質里出現光感生電場。光感生電場再通過介質的電光效應產生折射率變化。但折射率變化不是即時發生，而需要一定的建立時間；即使是弱光，只要照射時間足夠長也可產生明顯的光折變效應；只有在介質里空間分布不均勻的光場中才能產生光折變效應，而一旦出現光折變，可在黑暗裡保持很長時間。

基本介紹

• 中文名：光折變效應
• 外文名：photorefractive effect
• 簡單定義：一種特殊的光感生折射率變化現象
• 學科：材料工程

光折變現象

利用光折變效應可在介質中形成光折變相位光柵，由此導致一系列光折變現象的發生。將兩束光以一定角度在介質中相交，通過干涉在介質里形成光強的干涉花樣，導致在兩束光角平分線垂直方向光強的周期性分布。光強相對強的位置的淺阱中的載流子被光激發，出現光激發載流子遷移的空間分布，導致電場的空間分布，這種分布與光強分布在空間有90°的相位差。如果介質具有電光效應，則可出現折射率變化的相位光柵，稱為光折變相位光柵。已經在一系列鐵電氧化物晶體、半導體材料和有機材料中觀察到光折變相位光柵引起的各種的光折變現象。由於光感生空間電場很大，可達10⁵伏/米量級，可引起10^－3量級折射率改變。光折變效應開拓了一個弱光下非線性光學的研究領域。

衍射

一種特殊的簡併四波混合。如果在上述兩束光之一的反方向入射一束光，將在光折變相位光柵上發生布拉格衍射。由布拉格衍射條件，衍射光束正好在另一束光的反方向，並且是這束光的相位共軛波。與普通的簡併四波混合不同，這裡產生相位共軛波的入射光強可以很低，不過相位共軛波出現需要一定時間。光折變現象在相位共軛光學（見非線性光學）中有重要的套用。

自衍射

產生這種現象的原因是上述光折變相位光柵與光強衍射花樣間的90°空間移位。又稱雙光束耦合。這種自衍射不需要第三束光，能量可在兩束入射光之間交換，導致其中一束光被放大。能量轉移方向與入射光的偏振特性、晶體的雙折射特性和載流子電荷符號等有關。

相位共軛

光折變介質中出現的扇形光散射現象。光束入射到晶體後，由於晶體中的缺陷及光學不均勻等原因產生光散射。散射光束與入射光束之間出現雙光束耦合，在一系列方向散射光獲得增益，這樣光束入射後光能像扇子一樣分布各個方向，出現扇形散射現象。扇形光的能量分布與入射光相對晶軸取向有關。單軸晶體中的非常光入射可出現趨向晶體光軸的扇形光散射，散射光與入射光可形成一系列相位光柵。這樣光折變現象可用來實現自泵浦相位共軛，即只要入射一束光到光折變介質中，在一定條件下就可產生相位共軛波。產生自泵浦相位共軛的方法很多，如可將光折變晶體的兩個界面拋光，部分扇形光散射經過全反射，就可能在晶體內出現一個或多個作用區，在這裡產生布拉格衍射，獲得入射波的相位共軛波。自泵浦相位共軛可提供一種簡單可靠的產生相位共軛波的方法。

光折變

兩束互不相干的光束以適當角度入射到光折變晶體，相互耦合後可以產生各自的相位共軛波，其中一束光的相位共軛波能量是由另一束光提供的，這就是互泵浦相位共軛。

套用

光折變現象有許多重要套用。除可通過相位共軛復原畸變圖像外，兩波耦合可增強微弱圖像，自泵浦和互泵浦相位共軛可製成各種特殊干涉儀提高測量精度，兩波耦合或互泵浦相位共軛可實現光互連、光定址等。光折變現象在光學信息處理、光通信、光計算等技術中會有一系列套用。

自泵浦位相共軛鏡

一束光入射到光折變晶體上可以產生該入射光的位相共軛光的器件稱為自泵浦位相共軛鏡,所有這些共軛器都是藉助於外反射鏡或晶體內角反射使光折變扇形散射光回到晶體內，這些散射光和入射光通過四波混頻過程產生位相共軛光。