Импедансная спектроскопия нелинейно-оптических кристаллов, взаимодействующих с мощным лазерным излучением

• Автор: Коняшкин, Алексей Викторович
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Фрязино
• Количество страниц: 133 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ

ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ

ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА

ГЛАВА 1 ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ НЕЛИНЕЙНО-ОПИЧЕСКИХ КРИСТАЛЛОВ С ЛАЗЕРНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ

1.1 ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ НЕЛИНЕЙНОЙ ОПТИКИ

1.2 НЕЛИНЕЙНО-ОПТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ. ГЕНЕРАЦИЯ ВТОРОЙ ГАРМОНИКИ
1.2.1 Поляризованность диэлектрика.
Нелинейные электрические восприимчивости
1.2.2 Волновое уравнение для среды с нелинейной поляризованностью
1.2.3 Уравнения для генерации второй гармоники в приближении плоских волн
1.2.4 Фазовый синхронизм
1.3 НЕЛИНЕЙНО-ОПТИЧЕСКИЕ КРИСТАЛЛЫ
1.3.1 Кристаллический кварц (Si02)
1.3.2 Кристалл дигидрофосфат калия КН2Р04
1.3.3 Кристалл титанилфосфат калия КТЮР04 (КТР)
1.4 ОПТИЧЕСКОЕ РАЗРУШЕНИЕ КРИСТАЛЛОВ (OPTICAL DAMAGE)
1.4.1 Методы исследования оптического разрушения
1.4.2 Образование grey track в кристаллах
1.5 ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ОПТИЧЕСКОГО ПОГЛОЩЕНИЯ КРИСТАЛЛОВ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ С ЛАЗЕРНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ
1.5.1 Метод фотоакустики
1.5.2 Метод лазерной калориметрии
1.6 РЕЗОНАНСНАЯ УЛЬТРАЗВУКОВАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ ДИЭЛЕКТРИКОВ

1.6.1 Метода акусто-резонансной спектроскопии
1.6.2 Подход к теоретическому описанию резонансной ультразвуковой спектроскопии
1.6.3 Идентификация собственных акустических мод
1.7 ИМПЕДАНСНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ ДИЭЛЕКТРИКОВ
1.7.1 Электрический импеданс
1.7.2 Применения метода импедансной спектроскопии
1.7.3 Анализ экспериментальных данных
1.8 ИОННАЯ ПРОВОДИМОСТЬ ДИЭЛЕКТРИКОВ
1.9 ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ
1.10 ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РЕЗОНАНС. ФОРМА ЛИНИИ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РЕЗОНАНСА
ГЛАВА 2 ИМПЕДАНСНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ
2.1 МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
2.2 ПОСТАНОВКА ЭКСПЕРИМЕНТА
2.2.1 Экспериментальная установка
2.2.2 Автоматизация эксперимента
2.2.3 Стабилизация и контроль температуры кристалла
2.3 ПАРАМЕТРЫ ИССЛЕДУЕМЫХ КРИСТАЛЛОВ КВАРЦ, КТЮР04, КН2Р04
2.4 ПРИМЕРЫ ИЗМЕРЕННЫХ РЧ СПЕКТРОВ КРИСТАЛЛОВ
2.5 ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ
ГЛАВА 3 ОДНОРОДНЫЙ РАЗОГРЕВ НЕЛИНЕЙНО-ОПТИЧЕСКИХ КРИСТАЛЛОВ В ОТСУТСТВИЕ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
3.1 ПОВЕДЕНИЕ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РЕЗОНАНСОВ КРИСТАЛЛОВ ПРИ ОДНОРОДНОМ РАЗОГРЕВЕ
3.2 ИДЕНТИФИКАЦИЯ СОБСТВЕННЫХ МОД КРИСТАЛЛОВ ПО ТЕМПЕРАТУРНОМУ СДВИГУ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РЕЗОНАНСОВ
3.3 ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ
ГЛАВА 4 НЕОДНОРОДНЫЙ РАЗОГРЕВ НЕЛИНЕЙНО-ОПТИЧЕСКИХ КРИСТАЛЛОВ ЛАЗЕРНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ
4.1 ПОВЕДЕНИЕ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РЕЗОНАНСОВ ПРИ
НЕОДНОРОДНОМ РАЗОГРЕВЕ КРИСТАЛЛОВ ЛАЗЕРНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ
4.1.1 Основные характеристики и параметры используемых лазерных источников

4.1.2 Оптическая часть экспериментальной установки. Поведение
пьезоэлектрических резонансов при неоднородном разогреве
4.2 СРАВНЕНИЕ ПОВЕДЕНИЯ ФОРМЫ ЛИНИИ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РЕЗОНАНСОВ ПРИ ОДНОРОДНОМ РАЗОГРЕВЕ В ОТСУТСВИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ И НЕОДНОРОДНОМ РАЗОГРЕВЕ КРИСТАЛЛА ЛАЗЕРНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ
4.3 ЭКВИВАЛЕНТНАЯ ТЕМПЕРАТУРА КРИСТАЛЛА,
ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩЕГО С ЛАЗЕРНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ
4.4 УПРОЩЕННАЯ МОДЕЛЬ РАЗОГРЕВА КРИСТАЛЛА ЛАЗЕРНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ
4.5 КИНЕТИКА ИЗМЕНЕНИЯ ЧАСТОТ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РЕЗОНАНСОВ ПРИ НЕОДНОРОДНОМ РАЗОГРЕВЕ КРИСТАЛЛА ЛАЗЕРНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ
4.6 НЕЛИНЕЙНЫЙ РАЗОГРЕВ КРИСТАЛЛОВ ЛАЗЕРНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ
4.7 ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 4
ГЛАВА 5 ИМПЕДАНСНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ ИОННОЙ ПРОВОДИМОСТИ НЕЛИНЕЙНО-ОПТИЧЕСКОГО КРИСТАЛЛА КТЮР04 ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
5.1 ВЛИЯНИЕ ИОННОЙ ПРОВОДИМОСТИ НА ПЬЗОЭЛЕТКРИЧЕСКИЕ РЕЗОНАНСЫ КРИСТАЛЛА, ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩЕГО С ЛАЗЕРНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ
5.2 ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 5
ГЛАВА 6 РАННЯЯ ДИАГНОСТИКА ДЕГРАДАЦИИ И РАЗРУШЕНИЯ НЕЛИНЕЙНО-ОПТИЧЕСКИХ КРИСТАЛЛОВ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
6.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОРОГА ОПТИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ КРИСТАЛЛА КН2Р04
6.2 ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 6
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Явление вгеУ track заключается в потемнении области кристалла, которая подвергается воздействию интенсивного лазерного излучения или электрического поля. Отличительной особенностью grey track является увеличение поглощения кристалла в видимом и ближнем ИК диапазоне длин волн [100-102]. После образования grey track в кристалле его оптические свойства могут с течением времени частично восстанавливаться. Процесс восстановления можно ускорить, увеличив температуру кристалла [103, 104]. Воздействие интенсивного лазерного излучения после образования grey track может привести к полному разрушению кристалла.
Было проведено большое количество разнообразных экспериментов, направленных на исследование этого явления. В работах [95, 102] образование в кристалле КТР grey-track, схожего с воздействием второй гармоники излучения Nd-YAG лазера, наблюдалось под воздействием УФ излучения. Большое число работ посвящено исследованию формирования gray-track в кристаллах КТР в зависимости от поляризации и длины волны лазерного излучения [101, 102, 105, 106]. В условиях ГВГ от Я = 1064 нм определяющую роль в образовании grey track играет двухфотонное поглощение излучения второй гармоники на длине волны Л = 532 нм [102], однако в [101] говорится о росте индуцированного поглощения при совместном воздействии основного излучения и излучения второй гармоники по сравнению с воздействием только излучения второй гармоники.
Формирование центров окраски в кристаллах КТР связывают с наличием в них дефектов и примесей. Измерения с использованием методов электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) [97, 104, 105, 107-110] выявили связь формирования grey track в КТР с переходом иона Ti4+ в более низковалентное состояние Ti3+. При воздействии высокоинтенсивного лазерного излучения на кристалл КТР за счёт многофотонного поглощения в нём происходит образование электрон-дырочных пар. Большинство образованных таким образом пар рекомбинируют, однако некоторые электроны могут быть захвачены атомами Ti4+ (при наличии кислородной вакансии Ко) с образованием стабильных оптически активных центров Ti3' - Vq, а дырки - различными примесями типа Fe3+ [110]. Образующиеся таким образом центры и приводят к увеличению поглощения в видимой и ближней ИК области спектра. Трёхвалентные ионы титана Ti3+ обладают электронным магнитным моментом и могут наблюдаться методами ЭПР [97, 109].
В [104] образование оптически активных центров при воздействии лазерного излучения на кристаллы КТР связывается с наличием в них дефектов, образованных ионами калия К и их вакансиями Vk+. Также в этой работе был предложен способ,