2.1 理論模型分析
這一章的目的是以理論模型研究鈮酸鋰晶體做為多能階雙波長光折變 全像記錄材料時的特性，所使用的模型是單載子雙能階傳輸模型，這個模 型在第一章的第三小節有初步的介紹過，以下將對這個模型所代表的物理 行為做較詳細的分析。
一個多能階雙波長的全像儲存系統的資料寫入，是靠材料中電子在空 間中的重新分佈達成的，因此了解電子在材料中如何分佈就能了解整個寫 入的物理機制。下圖是一個電子分佈的示意圖
圖2.1 電子初始分佈示意圖
晶體同時受到均勻的激發光及有亮暗週期的紅光照射，左右兩邊代表的是 相鄰的亮區跟暗區，上下兩層代表的則是淺能階施體 (N
2
) 和深能階施體 (N1
) ，圓圈是有電子填入的地方，橫槓是代表沒有電子填入；這張圖的時 間是在寫入階段的一開始(t=0) ，寫入光和激發光都打開了，這時材料是在 初始狀態，所以大多數的電子是在深能階，一小部份的電子在淺能階。左 邊亮區的部份，在整個寫入的過程中電子被激發到了傳導帶，不論是深能 階或是淺能階都不斷的有電子被激發出來，激發出來的電子有一部份會移 動到右邊的暗區，另一部份則是再回到施體中，回到深能階或是淺能階的 機會則是由再補獲係數 (r1
、r2
) 以及兩個能階中的離子化施體濃度(ionized donor concentration) 決定，一般而言電子回到深能階或淺能階的機會不會差 距太大，但是由於寫入光的強度是遠大於激發光的，因此從淺能階激發出 來的電子較從深能階激發出來的多，所以在這個地區的電子整體來說會從 淺能階移動到深能階；相對的，在右半邊的暗區是激發比寫入光強的，但 是激發光會同時激發兩個能階中的電子，因為原本在深能階中的電子較 多，因此較多的電子是從深能階中激發出來的，所以在這邊的電子是從深 能階移動到淺能階的。經過了一段時間的寫入之後，圖中所示左半邊亮區 淺能階中的電子幾乎都被激發出來了，因此幾乎沒有電子留在淺能階中，在深能階中的電子則是增加了；右半邊暗區接受了從亮區移動過來的電 子，且大部份最後都移動到了淺能階中，深能階中的電子數則是比一開始
來的少了，寫入階段的最後結果如下圖所示
圖2.2 電子寫入階段最後分佈示意圖
從這個圖可以看出，電子分別在深能階及淺能階中形成兩個相反相位的電 子光柵，而這兩個光柵疊加起來所形成的空間電場就是改變折射率的電 場。寫入階段結束，接下來要進入固定階段，激發光會關掉，寫入光將會 改為均勻的光源，所以在上圖右半部處於淺能階的電子會被激發出來，激 發出來的電子一部份會回到深能階，電子一但回到深能階就不會再被激發 出來，因為以經沒有激發光了，這些電子就是被固定下來的部份；但是仍 然會有一部份的電子會有機會移動到原來的亮區再被亮區的深能階所補 獲，這一部份的電子會造成最後空間電場強度的下降。
有提到外加電場和光伏特效應，在沒有這兩個作用影響時這兩個電子光柵 剛剛好是相反相位的，但是有了外加電場或是光伏特效應作用時，有等效 的電流通過晶體，這些電流代表的就是電子在某方向上的移動，這時這兩 個光柵的相位差因為電子的移動而改變，這相位的改變對最後空間電場大 小影響很大，所以外加電場和光伏特效應的影響是不容忽視的。