Влияние стехиометрии и допирующих примесей на электрические и оптические свойства кристаллов ниобата лития

• Автор: Саллум Мухамед Июссеф
• Шифр специальности: 02.00.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 170 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение
1 Ниобат лития. Литературный обзор
1.1 Свойства монокристаллов ниобата лития
1.1.1 Кристаллохимические особенности и фазовая диаграмма
1.1.2 Дефектная структура монокристаллов ниобата лития
1.1.3 Основные физические свойства монокристаллов ниобата лития
1.1.4 Особенности формирования доменной структуры в монокристаллах ниобата лития
1.2 Методы исследования состава и дефектности кристаллов ниобата д (
лития
1.2.1 Физико-химические методы
1.2.2 Оптические методы
1.2.2.1 УФ -спектроскопия ( край фундаментального поглощения)
1.2.2.2 ИК- спектроскопия (положение линий колебания примесных 47 центров ОН')
1.2.2.3 Комбинационное рассеяние света
1.2.3 Рентгеноструктурные методы 4
1.2.4 Методы визуализации доменных структур
1.3 Способы выращивания монокристаллов ниобата лития
1.3.1 Получение кристаллов конгруэнтного состава
1.3.2 Получение кристаллов состава близкого к стехиометрическому 0
1.3.3 Особенности применения электрического поля в течение процесса 64 кристаллизации
2 Методики получения и исследования монокристаллов ниобата лития
2.1 Выращивание кристаллов ниобата лития методом Чохральского 0

2.2 Выращивание кристаллов ниобата лития состава близкого к §д стехиометрическому методом раствор - расплавной кристаллизации
2.3 Выращивание кристаллов в условиях приложенного электрического §2 поля
2.4 Методики измерения УФ и ИК спектров

2.5 Методики исследования оптической прочности кристаллов
2.6 Методики исследования коэрцитивного поля кристаллов
2.7 Методики исследования доменной структуры в кристаллах ниобата 95 лития
2.8 Рентгенографические исследования
3 Экспериментальные результаты и их обсуждение
3.1 Выращивание монокристаллов
3.1.1 Особенности применения электрического ПОЛЯ в течение процесса 1 12 кристаллизации
3.1.2 Влияние неравномерного распределения примесей на доменную 1 ] 5 структуру конгруэнтного ниобата лития
3.1.3 Особенности доменной структуры в кристаллах ниобата лития 125 состава близкого к стехиометрическому
3.2 Исследование состава и дефектности кристаллов ниобата лития
оптическими методами
3.2.1 УФ-спектроскопия (край фундаментального поглощения)
3.2.2 ИК-спектроскопия (положение линий колебания примесных центров 135 ОН-)
3.3 Исследование оптической прочности кристаллов ниобата лития 2
3.4 Исследование зависимости коэрцитивного поля кристаллов ниобата [47 лития от состава
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ по диссертации
СПИСОК Использованных источников
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ по проделанной работе

ВВЕДЕНИЕ
Развитие квантовой оптики и квантовой электроники во многом определяется возможностями тех материалов, на основе которых создаются квантовые генераторы и системы управления оптическим лучом. Одной из важнейших групп таких материалов являются сегнетоэлектрические кристаллы. За почти 50 лет развития квантовой оптики в качестве сред для управления и генерации оптического излучения (преобразование частоты или фазы, управление интенсивностью и направлением распространения волн) были опробованы сегнетоэлектрические монокристаллы ниобатов и танталатов щелочных и щелочно-земельных металлов, обладающие высокими показателями электрооптических, пьезоэлектрических, пироэлектрических и нелинейных характеристик.
Ключевым представителем этой группы кристаллов являются сегнетоэлектрические кристаллы ниобата лития (ГлЫЬОз - НЛ). Это обусловлено, прежде всего, уникальным сочетанием электрооптических, пироэлектрических, пьезоэлектрических и нелинейно - оптических свойств, а также отлаженностью технологии промышленного выращивания конгруэнтной модификации ниобата лития и производства пластин большого диаметра (до 100-125 мм). Объем мирового производства монокристаллов ниобата лития составляет к настоящему времени 150 т/год. В последние годы на этих кристаллах реализован целый ряд принципиально новых функциональных устройств, таких как переключающие матрицы, анализаторы спектра, СВЧ фазовые и амплитудные модуляторы, а также ряд датчиков физических величин. Использование уникальных нелинейнооптических свойств ниобата лития позволило реализовать устройства генерации второй гармоники, сложения и вычитания частот, а также параметрические генераторы света.

Различие выводов двух групп работ авторы [60] связывают с различием примесного состава исследуемых кристаллов. В [52] кристаллы с различной стехиометрией были выращены из идентичной шихты, и изменение содержания Li в кристалле достигалось путем контроля содержания Li20 в расплаве; тем самым, спектр случайных примесей во всех кристаллах идентичен. Напротив, в [51,59] сравниваемые кристаллы были выращены различными способам: CLN выращивался обычным методом Чохральского, а nSLN — по методу [70] путем введения в шихту «10 мол.% К20, что приводило к появлению в кристалле «0,01% К [61]. Таким образом, nSLN и CLN кристаллы изначально различались по случайному примесному составу. Нефоторефрактивные кристаллы HJI (optical-damage resistant)
Как было отмечено выше, фоторефрактивный эффект (ФР) лимитирует традиционные использования кристаллов HJ1 в лазерной оптике. Возможным способом значительного уменьшения ФР до 8tsn « (3-10). 10'6 является выращивание кристаллов из шихты с высокой степенью чистоты [61]. Недостатком такого метода является увеличение стоимости материала. Кроме того, в широкозонных диэлектриках всегда имеются ловушки неравномерно заполнены (независимо от их природы), приводящие к возрастанию величины ФР при с ростом интенсивности (особенно при больших интенсивностях) [60].
Наиболее эффективным и технологичным простым способом снижения
эффекта ФР за счет возрастания