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本年度は本研究のかぎとなるフォトリフラクティブ材料の光応答特性を調べた。チタン酸バリウムとニオブ酸リチウムについては、ピコ秒モードロックパルスおよびナノ秒Qスイッチパルスでのデータの書き込み感度や応答速度を、連続波レーザー光の場合と比較した。電荷移動の機構が、チタン酸バリウムでは拡散が主であるが、ニオブ酸リチウムでは光起電力効果が主になる。この差が応答特性にどのように現れるか興味を持たれた。はじめに、ピコ秒モードロックパルスを用いた場合、チタン酸バリウムでもニオブ酸リチウムでも、平均のパワーが同じであれば連続波レーザーに対する場合と実験誤差の範囲で差がでないことが明かになった。これはやや意外な結果であったが、フォトリフラクティブ材料はピコ秒パルスに十分感度を持つことが示された。次にピークパワーの非常に高いQスイッチパルスを用いた場合は、大きな差が現れた。チタン酸バリウムでは、電子と正孔の競合効果が顕著になり、ピークパワーがある値を越えると、ゲインの符号が変化する現象が観測された。これは一般的には感度を低下させることになり望ましくはない。ただし、ピークパワーに対する大きな非線形性を利用し、例えばリミターのような信号強度に依存する処理に応用可能である。一方、ニオブ酸リチウムでは電子と正孔の競合は見られず、むしろ強度が増大するにつれ感度が上がることが分かった。光起電力効果を測定したところ、これも同様に増大することが確かめられ、感度の増加が光起電力の増加に起因することが分かった。ニオブ酸リチウムを使用する場合は、ピークパワーの大きいパルスのほうが有利であることが明かとなった。また、半導体フォトリフラクティブ材料である燐化ガリウムについて温度特性を詳細に調べ、材料の電子状態についての知見が得られた。
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