A polaron approach to photorefractivity in Fe : LiNbO3

The thermally activated, incoherent hopping of small electron polarons generated by continuous illumination in iron-doped lithium niobate is simulated by a Marcus-Holstein model for which all the input parameters are known from literature. The results of the calculations are compared with a comprehensive set of data obtained from photorefractive, photogalvanic and photoconductive measurements under green light excitation on samples with different doping levels and stoichiometries in the temperature range between and room temperature. We show that the temperature and composition dependence of the photorefractive observables can be interpreted by a change in the abundance of the different hop types that a polaron performs before being captured by a deep Fe trap. Moreover, by a comparison between experimental and numerical data we obtain new insights on the initial photo-excitation part of the photorefractive process. In particular all results are consistent if a single value of the photogalvanic length is assumed for all the samples and all the temperatures. The photo-generation efficiency under green light excitation (somewhere denoted as quantum efficiency) is also estimated. It appears to decrease from 10%?15% at room temperature to about 5% at 150 K. This behavior is qualitatively interpreted in terms of a temperature-dependent re-trapping probability of the light-emitted particles from the initial Fe donor center

Photorefractive and electro-optic properties of metal ion doped lithium niobate crystals

Le niobate de lithium (LN) de part sa grande versatilité est un matériau attrayant depuis plus pour de nombreuses applications optoélectroniques. En effet, le niobate de lithium possède des propriétés intéressantes pour les effets acousto-optiques, AO, electro-optiques, EO, optiques non linéaires, ONL, piézo –optiques, PO, et photoréfractifs, PR. Cependant, la compréhension globale de certains phénomènes, et spécifiquement l'effet photoréfractif se produisant dans le cristal, fait encore l'objet de vives discussions. Le phénomène mentionné joue un rôle clé : d’un côté, il restreint considérablement la majeure partie des applications de transmission et de conversion de longueur d’onde, car lorsqu’il est illuminé par la lumière visible ou dans l’infrarouge proche, il existe des modifications semi-permanentes de l’indice de réfraction du cristal, ce qui provoque des modifications du faisceau lumineux transmis et ce qui réduit considérablement l'efficacité du dispositif. Par contre, à l’opposé, ce phénomène cherche a être amélioré, contrôlé, voire amplifié pour les applications holographiques. La thèse est consacrée à l'étude des propriétés photoréfractives, structurelles, électro-optiques (EO) et diélectriques dépendantes des propriétés intrinsèques et extrinsèques (introduites par l'incorporation d’ions non-photoréfractifs (〖Zr〗^(4+),〖In〗^(3+)) et photorefractifs (〖Fe〗^(2+/3+)) dans les cristaux LN congruents et de diverses stoechiométrie entraînant le contrôle voulu des propriétés photoréfractives en tenant compte des caractéristiques des applications des cristaux LN. Plus précisément, nous avons étudiés, puis développé une vision sur les propriétés électro-optiques et photoréfractives avancées dans les cristaux LN dopés avec le métal de transition et non-photorefractifs sur la base d’une étude complète des propriétés structurales, compositionnelles, électro-optiques, photoréfractives des cristaux mentionnés, afin d’élaborer les paramètres permettant un contrôle fort des propriétés photoréfractives de ce matériau et les conditions optimales pour la croissance de cristaux de haute qualité aux propriétés physiques contrôlées ainsi que pour la mise en œuvre dans des dispositifs de ces cristaux.Lithium niobate (LN) is attractive material for the frequency mixers and doublers, integrated optical devices, electro-optical modulators, holographic data recording and storage thanks to the acousto-optical, non-linear optical, piezo-electrical, electro-optical and photorefractive properties. However, the overall understanding of certain phenomena that is photorefractive effect occurring in the crystal is still under heavy discussion. The mentioned plays a key role: on one side it substantially restricted the main part of the wavelength conversion applications as when illuminated by visible light or near infrared, there are changes semi-permanent in the refractive index of the crystal, causing a distortion of the beam, greatly reducing the efficiency of the device, on the other hand it need to improve for holographic applications. The dissertation is devoted to the investigation of the photorefractive, structural, electro-optical (EO) and dielectrical properties depending on the intrinsic and extrinsic (introduced by incorporation of non photorefractive (〖Zr〗^(4+),〖In〗^(3+)) and photorefractive (〖Fe〗^(2+/3+)) ions) defects in LN crystals resulting to the purposeful control the photorefractive effect taking into account the features of the applications of LN crystals. The aim of the thesis is a development of a vision on advanced photorefractive and electro-optic properties in lithium niobate crystals doped with the transition metal and non-photorefractive ions on the basis of a full investigation of the structural, compositional, electro-optical, photorefractive properties of the mentioned crystals, to work out the parameters of a strong control of the photorefractive properties of this material and optimal conditions for the growth of high quality mentioned crystal with controlled physical properties and to grow this crystals as well

Propriétés photoréfractives et électro-optiques des cristaux de niobate de lithium dopés aux ions métalliques

Lithium niobate (LN) is attractive material for the frequency mixers and doublers, integrated optical devices, electro-optical modulators, holographic data recording and storage thanks to the acousto-optical, non-linear optical, piezo-electrical, electro-optical and photorefractive properties. However, the overall understanding of certain phenomena that is photorefractive effect occurring in the crystal is still under heavy discussion. The mentioned plays a key role: on one side it substantially restricted the main part of the wavelength conversion applications as when illuminated by visible light or near infrared, there are changes semi-permanent in the refractive index of the crystal, causing a distortion of the beam, greatly reducing the efficiency of the device, on the other hand it need to improve for holographic applications. The dissertation is devoted to the investigation of the photorefractive, structural, electro-optical (EO) and dielectrical properties depending on the intrinsic and extrinsic (introduced by incorporation of non photorefractive (〖Zr〗^(4+),〖In〗^(3+)) and photorefractive (〖Fe〗^(2+/3+)) ions) defects in LN crystals resulting to the purposeful control the photorefractive effect taking into account the features of the applications of LN crystals. The aim of the thesis is a development of a vision on advanced photorefractive and electro-optic properties in lithium niobate crystals doped with the transition metal and non-photorefractive ions on the basis of a full investigation of the structural, compositional, electro-optical, photorefractive properties of the mentioned crystals, to work out the parameters of a strong control of the photorefractive properties of this material and optimal conditions for the growth of high quality mentioned crystal with controlled physical properties and to grow this crystals as well.Le niobate de lithium (LN) de part sa grande versatilité est un matériau attrayant depuis plus pour de nombreuses applications optoélectroniques. En effet, le niobate de lithium possède des propriétés intéressantes pour les effets acousto-optiques, AO, electro-optiques, EO, optiques non linéaires, ONL, piézo –optiques, PO, et photoréfractifs, PR. Cependant, la compréhension globale de certains phénomènes, et spécifiquement l'effet photoréfractif se produisant dans le cristal, fait encore l'objet de vives discussions. Le phénomène mentionné joue un rôle clé : d’un côté, il restreint considérablement la majeure partie des applications de transmission et de conversion de longueur d’onde, car lorsqu’il est illuminé par la lumière visible ou dans l’infrarouge proche, il existe des modifications semi-permanentes de l’indice de réfraction du cristal, ce qui provoque des modifications du faisceau lumineux transmis et ce qui réduit considérablement l'efficacité du dispositif. Par contre, à l’opposé, ce phénomène cherche a être amélioré, contrôlé, voire amplifié pour les applications holographiques. La thèse est consacrée à l'étude des propriétés photoréfractives, structurelles, électro-optiques (EO) et diélectriques dépendantes des propriétés intrinsèques et extrinsèques (introduites par l'incorporation d’ions non-photoréfractifs (〖Zr〗^(4+),〖In〗^(3+)) et photorefractifs (〖Fe〗^(2+/3+)) dans les cristaux LN congruents et de diverses stoechiométrie entraînant le contrôle voulu des propriétés photoréfractives en tenant compte des caractéristiques des applications des cristaux LN. Plus précisément, nous avons étudiés, puis développé une vision sur les propriétés électro-optiques et photoréfractives avancées dans les cristaux LN dopés avec le métal de transition et non-photorefractifs sur la base d’une étude complète des propriétés structurales, compositionnelles, électro-optiques, photoréfractives des cristaux mentionnés, afin d’élaborer les paramètres permettant un contrôle fort des propriétés photoréfractives de ce matériau et les conditions optimales pour la croissance de cristaux de haute qualité aux propriétés physiques contrôlées ainsi que pour la mise en œuvre dans des dispositifs de ces cristaux

Recent advances in Electro-optic and their link with the photorefractive properties of doped congruent lithium-niobate crystals

International audienc

Composition dependence of the electro-optic properties of iron doped lithium niobate crystals

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Iron-doped Lithium Niobate crystals studied by Raman spectroscopy

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The clamped and unclamped effective electro-optic coefficients of zirconium-doped congruent lithium niobate crystals

International audienceAll coefficients of the unclamped and clamped electro-optic tensor of zirconium-doped congruent LiNbO3 single crystals are determined as function of the dopant concentration at room temperature. With a distribution coefficient of zirconium closer to one in the considered range, the dopant concentration is in the range up to 2.5 mol% of ZrO2. The electro-optic coefficients are measured by direct techniques based on interferometric and Sénarmont optical arrangements at the wavelength of 633 nm. It is found that all the unclamped and clamped effective electro-optic coefficients are relatively constant, except for the sample grown with 2 mol% of zirconium. The electro-optic behavior of LN:Zr as function of the dopant concentration was confirmed by dielectric characterizations. The concentration equal 2 mol% of ZrO2 can be considered to a threshold concentration for various physical and optical properties