Структурный беспорядок и оптические процессы в кристаллах ниобата лития с низким эффектом фоторефракции

• Автор: Крук, Александр Александрович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Апатиты
• Количество страниц: 170 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОСОБЕННОСТИ ДЕФЕКТНОЙ СТРУКТУРЫ И ФОТО-
РЕФРАКТИВНЫЕ СВОЙСТВА КРИСТАЛЛА НИОБАТА ЛИТИЯ
1.1 Структура сегнетоэлектрической фазы кристалла ниобата лития
1.2 Протяженные структурные дефекты и домены в кристалле ниобата лития
1.3 Вакансионные модели дефектной структуры кристалла ниобата лития
1.4 Нефоторефрактивные примесные катионы в структуре конгруэнтного кристалла ниобата лития
1.5 Фоторефрактивный эффект в номинально чистых и легированных кристаллах ниобата лития разного 31 состава
1.6 Фотоиндуцированное рассеяние света в кристаллах ниобата лития
1.7 Комбинационное рассеяние света в кристалле ниобата лития
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1 Приготовление шихты для выращивания монокристаллов
ниобата лития
2.2.1 Выращивание номинально чистых и легированных монокристаллов ниобата лития
2.2.2 Выращивание стехиометрических монокристаллов ниобата лития из расплава конгруэнтного состава с К
2.3 Установка для исследований коноскопических картин кристаллов в широкоапертурных слаборасходящихся пучках света
2.4 Регистрация фотоиндуцированного рассеяния света
2.5 Регистрация спектров комбинационного рассеяния света
2.6 Проведение поляризационных измерений спектров КРС
2.7 Обработка контуров сложных спектральных линий и графическое представление результатов

ГЛАВА 3. СТРУКТУРНАЯ И ОПТИЧЕСКАЯ ОДНОРОДНОСТЬ КРИСТАЛЛОВ НИОБАТА ЛИТИЯ С НИЗКИМ ЭФФЕКТОМ
ФОТОРЕФРАКЦИИ
ЗЛ Фотоиндуцированное рассеяние света в кристаллах ниобата
лития разного состава
3.2 Край оптического пропускания в кристаллах ниобата лития разного состава
3.3 Коноскопические картины кристаллов ниобата лития с низким эффектом фоторефракции
3.4 Особенности проявления двулучепреломления в кристалле ниобата лития при фотоиндуцированном рассеянии света
ГЛАВА 4. ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СПЕКТРОВ КОМБИНАЦИОННОГО РАССЕЯНИЯ СВЕТА
СТЕХИОМЕТРИЧЕСКОГО И КОНРУЭНТНОГО КРИСТАЛЛОВ НИОБАТА ЛИТИЯ
4.1 Асимметрия спектров КРС кристалла ниобата лития
4.2 Аналитические линии для исследований эффекта фоторефракции в кристаллах ниобата лития по спектрам КРС
4.3 «Лишние» линии в спектре КРС кристалла ниобата лития
4.4 Спектр КРС стехиометрического и конгруэнтного кристаллов ниобата лития
4.5 Температурные изменения в спектрах КРС стехиометрического
и конгруэнтного кристаллов ниобата лития
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
ОСНОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Нелинейно-оптический фоторефрактивный кристалл ниобата лития (1лЫЬ03) относится к числу важнейших материалов акусто- и оптоэлектроники, интегральной, лазерной и нелинейной оптики. Диапазон его применений обширен: преобразователи частоты лазерного и широкополосного излучения, параметрические генераторы света, оптические сенсоры, амплитудно-фазовые и фазовые модуляторы световых пучков, дефлекторы и т.д. Разработка все новых оптических устройств и серьезная конкуренция на мировом рынке постоянно стимулируют фундаментальные исследования, направленные на модифицирование и создание новых материалов на основе монокристалла ЬПЧЬОэ. Ниобат лития - фаза переменного состава с широкой областью гомогенности на фазовой диаграмме, что позволяет регулировать физические характеристики кристалла изменением стехиометрии и легированием. Кристалл любого состава характеризуется широким спектром дефектов различной природы, создающих в нем сложный и трудномоделируемый беспорядок. Роль пространственных дефектов и особенностей упорядочения структурных единиц катионной подрешетки является определяющей в формировании сегнетоэлектрических, нелинейно-оптических и фоторефрактивных характеристик, структурной и оптической однородности кристалла ЫЫЬ03.
Эффект фоторефракции и сопутствующее ему фотоиндуцированное рассеяние света (ФИРС) обуславливают сильную деструкцию лазерного луча в кристалле 1лМЪ03 и являются мешающими факторами для голографической записи информации и преобразования излучения кристаллом. В этой связи актуальны исследования, направленные на понимание природы структурных перестроек и оптических процессов, происходящих при взаимодействии лазерного излучения с фоторефрактивным кристаллом, на оптимизацию структуры и фоторефрактивных свойств, на создание высокосовершенных кристаллов 1Л1ч[Ь03 с предельно низким эффектом фоторефракции и ФИРС.

изменению показателей преломления в нецентросимметричном кристалле ниобата лития за счет линейного электрооптического эффекта [68, 69].
Процессы переноса заряда в фоторефрактивных кристаллах ниобата лития, легированных многозарядными катионами удовлетворительно описываются одноцентровой моделью фоторефрактивного эффекта [56]. В этой модели предполагается, что имеется схема уровней с единственным донорным центром, которым является многозарядный примесный ион. Процесс переноса фотоэлектронов реализуется между низковалентными примесными катионами (например, Ре2+, которые являются единственными донорными центрами) и высоковалентными катионами (Ре3+), которые в ионизированном состоянии являются единственными центрами рекомбинации (захвата) электронов. Эта модель удовлетворительно работает при сравнительно низких уровнях лазерного излучения, не более 1 Вт/см2.
В двухцентровой модели [56] предполагается, что в процессах переноса заряда участвует не только многозарядный катион, но и дополнительный более мелкий уровень захвата фотоносителей (электронные ловушки, в роли которой обычно выступают дефекты с локализованными на них электронами) который в равновесном состоянии не заполнен. Вклад этих мелких ловушек в перенос фотоносителей особенно заметно будет проявляться при высокой интенсивности возбуждающего излучения, когда концентрация неравновесно заполненных мелких ловушек станет сравнимой с концентрацией донорного центра. В роли мелких фоторефрактивных центров в кристалле ниобата лития могут выступать разнообразные собственные и примесные дефекты структуры. В настоящее время двухцентровая модель фоторефрактивного эффекта считается наиболее приемлемой для описания фоторефрактивных свойств номинально чистых и легированных нефоторефрактивными катионами кристаллов ниобата лития. При этом наиболее вероятным является предположение о том, что в качестве дополнительных ловушек электронов выступают собственные дефекты N61.1, концентрация которых в конгруэнтном 1лМЮз составляет 1019-н102° см