Голографические среды на основе фотохромных кристаллов фторидов кальция и кадмия с центрами окраски

• Автор: Щеулин, Александр Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 233 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. Аддитивное окрашивание кристаллов фторидов кальция и кадмия

1.1. Введение

1.2. Методы аддитивного окрашивания

1.3. Процессы на поверхности окрашиваемых кристаллов

1.4. Процессы в объеме окрашиваемых кристаллов

1.5. Обесцвечивание аддитивно окрашенных кристллов

Глава 2. Центры окраски и процессы их преобразования в кристаллах фторида кальция

2.1. Простые центры окраски

2.2. Высоко-агрегированные центры окраски
2.3. Фототермохимичсские преобразования, приводящие к образованию и разрушению высоко-агрегированных центров окраски в кристаллах СаГг и
СаГга
Глава 3. Голографические среды на основе аддитивно окрашенных кристаллов фторида кальция
3.1. Механизмы записи и стирания голограмм
3.2. Свойства голограмм
3.3. Запись голограмм на коллоидных центрах излучением видимого диапазона
спектра
Глава 4. Новый оптический элемент - голографическая призма
4.1. Голографическая призма - многозначная мера плоского угла
4.2. Голографическая призма - экспериментальная реализация
Глава 5. Электронная структура бистабильных центров в кристаллах фторида кадмия
5.1. Введение
5.2. Фоторазрушение глубоких центров
5.3. Терморазрушение мелких центров
5.4. БХ-центры и донорные примеси во фториде кадмия
Глава 6. Голографические среды на основе кристаллов фторида кадмия с
бистабильными центрами
6.1. Введение

6.2. Механизм записи голограмм в кристаллах СйГ2 с бистабильными
центрами
6.3. Температурная зависимость дифракционной эффективности и времени
жизни голограмм
6.4. Разрешающая способность голограмм
Глава 7. Использование голографических фильтров пространственных частот
на основе кристаллов фторида кадмия с бистабильными примесными
центрами в оптических корреляторах
7.1. Введение
7.2. Оптическая пространственная фильтрация образов
7.3. Сравнение схем корреляторов Вандср Люгта и совместного преобразования Фурье
7.4. Коррелятор Вандер Люгта на основе кристалла С(1Г2:1п
7.5. Коррелятор совместного преобразования Фурье на основе кристалла
Сс№2:Са
Глава 8. Использование кристаллов фторида кадмия с бистабильными примесными центрами в задачах коррекции искажений волновых фронтов и изображений
8.1. Принципы оптической коррекции искажений волнового фронта
8.2. Динамический голографический корректор изображений на основе кристалла Сс1Г2:Са,У
8.2.1. Образец и схема эксперимента
8.2.2. Экспериментальные результаты и их обсуждение
8.3. Динамический голографический корректор волнового фронта на основе кристалла С(1Р2:1п
8.3.1. Образец и схема эксперимента
8.3.2. Компенсация модельных фазовых искажений
Заключение
Литература

Введение
Один из творцов современной голографии, Ю.Н.Денисюк, говорил, что проблема голографии - это проблема голографических материалов. Он имел в виду, что сдерживающим моментом в широком применении методов голографии для решения конкретных научно-технических задач и создания оптических приборов является дефицит голографических материалов, которые могли бы обеспечить эффективную реализацию этих могущественных методов. Разработка материалов, ориентированных на создание определенных голографических элементов и устройств, является актуальной задачей оптического материаловедения.
Целью настоящей работы является разработка и исследование новых классов голографических материалов на основе двух кристаллов со структурой флюорита -фторида кальция (СаР2) «чистого» (не легированного)1 и содержащем примеси щелочных металлов (1л, Ка) и фторида кадмия (СбР2) с примесями Оа и 1п.
Запись стабильных (СаР2) и динамических (Сс1Р2) голограмм в этих кристаллах становится возможной в результате формирования в них фотохромных центров окраски.
Для достижения этой цели в работе решались следующие задачи:
1. развитие лабораторной технологии получения фотохромных кристаллов СаР2 и
СбР2;
2. изучение структуры и процессов преобразования центров окраски;
3. исследование механизмов фотохромии и записи голограмм;
4. определение голографических характеристик материалов на основе кристаллов СаР2 и Сс1Р2;
5. установление областей их возможного использования;
6. создание конкретных голографических элементов.
К семейству кристаллов со структурой флюорита принадлежит обширная группа фторидных, хлоридных, оксидных и гидридных соединений с общей формулой ЯХ2 (X = Р, Я = Са, Бг, Ва, Сб, РЬ, Нё; Х=С1, Я = Бг, Ва; Х=0, Я = Се, ТЪ, Ц; Х= Н, Я = Се), кристаллизующихся с решеткой, идентичной решетке широко распространенного в природе минерала флюорита - фторида кальция.
1 По данным масс-спектрометрического анализа содержание следовых примесей в
наиболее чистых кристаллах СаР2, использованных в настоящей работе, было на уровне
(1014 -г- 1015) см'3.

1.5. Обесцвечивание аддитивно окрашенных кристаллов
Реакция аддитивного окрашивания обратима. При отжиге в вакууме окрашенный кристалл фторида кадмия частично обесцвечивается, по-видимому, вследствие диффузии в кристалл присутствующих в атмосфере следов кислорода. Последний, встраиваясь в узлы решетки в форме иона О2', осуществляет зарядовую компенсацию донорной примеси. Вместе с тем, нагревание в вакууме неокрашенного кристалла вызывает слабую окраску вследствие разложения фторида кадмия и уноса фтора, создающего на поверхности восстановительные условия.
Частичное обесцвечивание предварительно окрашенного кристалла СйРг наблюдается также при снижении давления окрашивающего буферного газа при последующем повторении окрашивания.
Обесцвечивание окрашенного кристалла наблюдалось нами также при электролизе окрашенного кристалла в электрохимической ячейке. При приложении к ячейке напряжения происходило постепенное обесцвечивание кристалла; при этом наблюдалась четкая граница между окрашенной и обесцвеченной областями (рис. 1.11). У подвергнутого этой процедуре кристалла не было обнаружено заметной проводимости при комнатной температуре, а (ионная) проводимость при повышенной температуре соответствовала проводимости нелегированного фторида кадмия.
Выше, основываясь на значениях энергии активации для подвижности двух типов анионных дефектов в кристаллах со структурой флюорита, мы предположили, что диффундирующим дефектом при окрашивании этих кристаллов является анионная вакансия. Наличие границы между обесцвеченной и окрашенной областями кристалла при электрохимическом обесцвечивании и отсутствие таковой при аддитивном окрашивании фторида кадмия позволяет однозначно подтвердить это предположение.
В литературе обсуждаются два варианта механизма аддитивного окрашивания фторида кадмия. В первом из них [7, 8] предполагается, что подвижными частицами, обеспечивающими протекание этого процесса, являются междоузельные ионы фтора, мигрирующие к поверхности кристалла, где они взаимодействуют с восстановителем (/_):
Ь + ¥{>Н + е-. (1.1)
При этом зарядовая компенсация поддерживается встречным — по отношению к потоку ионов фтора - потоком поставляемых восстановителем электронов.