Оптическая неоднородность кристаллов лангасита

• Автор: Клюхина, Юлия Вячеславовна
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 189 с. : ил.

ОГ ДАВЛЕНИЕ

1 Структура и свойства кристаллов лангасита
1.1 Структура кристаллов лангасита
1.2 Свойства кристаллов лангасита
1.2.1 Пьезоэлектрические свойства кристаллов лангасита
1.2.2 Механические свойства кристаллов лангасита
1.2.3 Оптические свойства кристаллов лангасита
2 Рост кристаллов лангасита
2.1 Фазовая диаграмма кристаллов лангасита
2.2 Способы синтеза шихты для выращивания кристаллов лангасита
2.3 Выбор материала тигля
2.4 Выращивание кристаллов лангасита
* 3 Дефекты кристаллов лангасита
4 Оптическая неоднородность кристаллов лангасита
4.1 Поляризационно-оптический метод исследования кристаллов
4.2 Интерференционный метод исследования кристаллов
4.3 Оптическая неоднородность кристаллов лангасита
5 Оптическая активность в кристаллах лангасита
6 Определение коэффициентов линейного электрооптического эффекта в кристаллах лангасита
6.1 Определение электрооптического коэффициента Г!
6.2 Определение электрооптического коэффициента г4)
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Лантангаллиевый силикат - лангасит (ЬвЗ, Еа30а58Ю14) тригональный кристалл (точечная группа 32), обладает большими, чем у кварца пьезоэлектрическими коэффициентами и коэффициентом электромеханической связи. Он имеет направления с хорошей температурной стабильностью частоты упругих колебаний, что позволяет его успешно использовать для изготовления устройств на объемных и поверхностных акустических волнах [1—3]. Широкое применение кристаллы ЛОБ начинают находить в качестве монолитных фильтров [4], высокочастотных резонаторов и высокотемпературных датчиков [5]. Кристаллы Ь08 обладают и уникальным сочетанием оптических свойств: широкой областью прозрачности, электрооптиче-ским и пьезооптическим эффектами, оптической активностью, линейным и циркулярным дихроизмом и др. [1, 6-9].
Некоторые оптические свойства уже нашли практическое применение. Например, разработан внутрирезонаторный электрооптический затвор на элементе из ЬвЗ для лазера на ИАГ:Кс1+3 при частоте импульсов 5 Гц, энергии 350 мДж и длительности 7.8 не [10]. Показано, что ЬОБ оказался эффективнее, чем КНР (лазерная стойкость у 1X38 выше почти на порядок). По отношению к кристаллам группы КНР ЬвЗ имеет то преимущество, что не гигроскопичен, хотя электрооптический коэффициент в нем в три раза меньше. Кристаллы КТР имеют преимущество перед 1X38, но технология выращивание крупных кристаллов КТР еще не отработана. Проведена оценка возможности использования кристаллов 1X38 в качестве лазерной матрицы (легирование неодимом) [6, 7].
Кристаллы Ь08 выращивают методом Чохральского [13]. Сложный состав 1X38 и особенности его выращивания приводят к неоднородности кристалла. Выращивание кристаллов ведется из расплава конгруэнтного состава. Предварительный синтез шихты из окислов и летучесть компонентов при росте способствуют отклонению состава расплава от конгруэнтного. Влияние газовой атмосферы, нестабильность параметров роста и изменение формы фронта кристаллизации приводит к возникновению дефектов (непостоянство состава, полосы роста, включения, пузыри,

трещины и др.) и неоднородности как по длине выросших кристаллических буль, так и по их диаметру [13-18]. Эта дефектность кристаллов 1X18 приводит к неоднородности физических свойств [1, 7, 14, 19-24]. Различны скорости ПАВ даже в пределах одной кристаллической пластины [29-31]. Наблюдается разброс значений упругих постоянных кристаллов в работах различный авторов [27, 28]. От дефектности кристаллов зависят и их оптические свойства [18-26, 32]. Значения показателей преломления, приводимые в работах [22-24], и удельного угла вращения плоскости поляризации света в [7, 23, 25, 26] значительно отличаются. Отмечаются также трудности при измерении оптического вращения и циркулярного дихроизма [23].
Таким образом, промышленное выращивание ЬвЗ сдерживается изменением физических свойств кристаллов по объему, связанное с их дефектностью, определяемой сложностью состава и несовершенством технологии выращивания.
Поскольку ГЛЗБ имеет практическое применение и перспективен для использования в оптике, очень важно установить причины оптической неоднородности кристаллов и влияния их дефектности на значение величин оптических свойств. С одной стороны, это позволит рационально использовать монокристаллы ЬОЭ для изготовления оптических элементов, а с другой сформулировать рекомендации для дальнейшего совершенствования технологии выращивания 1X38 с целью применения их в оптике.

Осевой температурный градиент, величина которого не должна превышать 20°С/см, в верхней части нагревательного узла измеряется при помощи термопары. Размер тигля определяется так, чтобы отношение между его диаметром и диаметром растущего кристалла находилось в диапазоне 1.5 - 2.5. Высота тигля обычно выбирается равной его диаметру [13].
Скорость вытягивания кристалла обычно составляет 1.5-5 мм/час. Величина скорости вытягивания меньшая, чем 1.5 мм/час не приводит к заметному улучшению качества кристалла, а продолжительность процесса при этом значительно увеличивается. Рост монокристаллов со скоростью выше, чем 5 мм/час приводит к появлению дефектов в кристалле при его охлаждении. Продолжительность охлаждения кристаллов до комнатной температуры после окончания роста составляет, как минимум, 24 часа и зависит от диаметра кристалла. Для устранения внутренних напряжений, возникающих в процессе охлаждения, все кристаллы подвергаются отжигу в течение нескольких часов в температурном диапазоне 700 - 1100°С. Таким образом, значительно уменьшается вероятность возникновения трещин в слитках при их механической обработке.