Оптические и нелинейно-оптические неоднородности кристаллов титанилфосфата калия

• Автор: Якобсон, Виктор Эрнстович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 130 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава I. Основные свойства, методы исследования оптической и нелинейно-оптической однородности и условия получения кристаллов КТЮРО4 (КТР) - литературный обзор

1. Общефизические свойства монокристаллов титанилфосфата калия

2. Морфология кристалла КТР

3. Структура кристалла КТР

4. Точечные дефекты и ростовые дефекты материала

4.1. Нульмерные структурные дефекты

4.2. Одномерные и двумерные дефекты

5. Исследование нелинейно-оптической однородности в кристаллах КТР

6. Выращивание кристаллов КТР
7. Выводы
Глава II. Исследование оптической и нелинейно-оптической однородности кристаллов КТР
1. Образцы для исследования и стандартное оборудование
2. Спектры пропускания кристаллов КТР
3. Оптические неоднородности
4. Неоднородность нелинейно-оптического преобразования
5. Метод визуализации локальных неоднородностей тензора квадратичной нелинейной восприимчивости Дх(2) в кристалле КТЮРО4
5.1. Физические основы метода визуализации А%(2) в кристалле КТЮРО4
5.2. Расчет изменения интенсивности и фазы ВГ в неоднородном кристалле в приближении заданного поля основного излучения
5.3. Исследование однородности поля ВГ в сильно расходящемся пучке
6. Связь нестехиометрии состава с Ап и А(2)
7. Выводы

Глава Ш. Оптическая однородность и морфология граней кристаллов КТР
1. Оптическая однородность пирамиды роста пинакоида и морфология фронтальной грани (100)
2. Оптическая однородность пирамид роста диэдров и морфология граней {201}
3. Связь Дп и Д%(2) с микроморфологией граней
4. Выводы
Глава IV. Исследование влияния на оптическую и нелинейно-оптическую однородность кристаллов КТР технологических параметров ростового процесса
1. Ростовое оборудование и оснастка
2. Исследование влияния технологических параметров
2.1. Реактивы и состав шихты
2.2. Температурный интервал выращивания
2.3. Температурный градиент
2.4. Температура насыщения и процедура “затравления”
2.5. Химический состав растворителя
3. Оптимизация технологических параметров роста кристаллов КТР
4. Выводы
Глава V. Использование метода визуализации нелинейно-оптических неоднородностей при изготовлении из кристаллов КТР нелинейных элементов различного назначения
1. Принципы ориентированной резки кристаллической були
2. Кристаллографическая ориентация нелинейных элементов в зависимости
от длины волны накачки и температуры
3. Изготовление нелинейных элементов из кристаллов КТР
4. Особенности изготовления микроэлементов из КТР
5. Характеристики нелинейных элементов из КТР
6. Выводы
Общие выводы
Литература

ВВЕДЕНИЕ
Одними из наиболее эффективных нелинейных кристаллических материалов, используемых для преобразования частоты излучения лазеров, генерирующих в области одного микрона, являются соединения с химической формулой МТЮХО4. Здесь М - катионы К, Шэ, Сь, Т1, ИИ}, а X - Р или Аэ.
Эти кристаллы характеризуются высоким значением квадратичной нелинейной восприимчивости у? что обеспечивает высокий (до 80%) коэффициент преобразования излучения с длиной волны X = 1,064 мкм во вторую гармонику X = 0,532 мкм. По лучевой прочности они сопоставимы с кристаллами группы КДР (>1 ГВт/см2 для X - 1,06 мкм). Наибольшее распространение в нелинейной оптике и в электрооптике получили кристаллы титанилфосфата калия КТЮР04 (КТР).
Высокие нелинейно-оптические коэффициенты, уникально большие величины углового и температурного синхронизма, хорошие теплопроводность и лазерная прочность делают кристалл КТР одним из часто используемых материалов для нелинейного преобразования частот неодимовых лазеров. Кристаллы КТР являются также перспективным материалом для электрооптических затворов и модуляторов. Данный факт и другие отличные прикладные качества этого нелинейного кристалла (высокие значения электрооптических коэффициентов, низкие значения диэлектрических констант) - обусловили его широкие исследования и применения.
Нелинейно-оптические элементы из КТР широко и успешно применяются в лазерных устройствах, требующих использования второй гармоники неодимовых лазеров, таких как дальномеры, лидары, коагуляторы крови, приборы дробления мочевых камней (литотрипторы), приборы формирования оптического изображения и пр., а также в устройствах параметрического преобразования частоты - параметрических генераторах света (ПГС) и усилителях.
В тоже время в кристаллах КТР возможно наличие 180°-ных сегнето-электрических доменов - областей в кристалле с антипараллельным напра-

ления интенсивности второй гармоники по площади пластины в масштабе 1:1 (рисунки II — 4.2 фото Г, II — 4.3 фото В, II — 4.4 фото Г). В связи с тем, что
подобные изображения на фотобумаге быстро обесцвечивались, их для
сохранения информации сразу приходилось перепечатывать контактным способом. Изображение при этом становилось негативным. Светлые области на представленных фотографиях соответствуют участкам пластины с хорошим преобразованием излучения с длиной волны X = 1064нм (далее ИК-излучение) во вторую гармонику, тёмные — плохим. Имея в своём распоряжении интерферограммы, теневые картины, и «фотографии» ближнего поля ВГ
пластин, последовательно нарезанных из кристалла, нам удалось
идентифицировать оптические дефекты, ответственные за неоднородность нелинейного преобразования ИК-излучения. Ими оказались границы пирамид роста габитусных граней, границы пирамид роста вицинальных граней, грубые слои роста, пучки дислокаций. Пузыри и отдельные микровключения расплава на однородность картины ГВГ не влияли, а вызывали только дополнительное рассеивание.
Вышесказанное иллюстрируют материалы, полученные при исследовании кристалла №9. Кристалл был разрезан на три плоскопараллельных пластины № II, № III, № IV толщиной по 9,7мм под ГВГ излучения с X = 1064нм (0 = 90°; ср « 23,5°) и две «горбушки» - № I и № V . Пластина № IV - ближайшая к затравке. Обработка пластин стандартная: под интерферометр. На рисунках II
4.2-; II - 4.3-; II - 4.4- фото Б и на рисунках II — 4.2-; II - 4.3- и II - 4.4- фото А представлены соответственно интерферограммы и фотографии теневых картин, сделанные в горизонтально поляризованном свете. На рис. II — 4.2- фото Г; II
4.3- фото В; II — 4.4- фото Г представлены негативные изображения распределения интенсивности второй гармоники по площади для тех же пластин.
Объём пластин №11 и №111 почти целиком сложен материалом пирамиды роста пинакоида (100), а у пластины №ГУ - только её центральная часть. Большая часть видимого бокового прироста пластины ЖУ сложена материалом пирамид роста граней (201}. Из сопоставления фотографий можно сделать