Фото- и акустоиндуцированные процессы в ниобате лития, допированном ионами железа

• Автор: Калимуллин, Рустем Ирекович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 106 с. : ил.

Оглавление
Введение
1. Оптически индуцированные процессы в оксидных сегнетоэлектрических кристаллах
1.1 .Объект исследований
1.2.Фоторефрактивный эффект: особенности и применения
1.3. Индуцированные домены и голографические решетки в сегнетоэлектрических кристаллах
2. Фото- и акустически индуцированные домены в кристаллах ниобата лития
2.1 .Образцы и метод идентификации сегнетоэлектрических доменов с инверсной поляризацией
2.2.Оптически индуцированные домены
2.3.Акуетофотоиндуцированные доменные структуры
3. Взаимодействие лазерного излучения с доменными структурами в ниобате лития
3.1 .Физические принципы оптоакустических эффектов в сегнетоэлектрических кристаллах
3.2.Влияние лазерного облучения на процесс генерации второй акустической гармоники в монокристаллах ниобата лития
3.3.Лазерная генерация акустических волн на периодической доменной структуре в ниобате лития
Основные результаты и выводы
Список цитируемых источников

ВВЕДЕНИЕ
Изучение различных аспектов взаимодействия когерентного оптического излучения с широкозонными диэлектриками началось практически с момента создания первых лазеров. Такие материалы стали использовать в качестве активных сред для генерации когерентного излучения и управления его параметрами (модуляция, умножение частоты, сканирование и переключение оптических пучков).
В зависимости от интенсивности оптического пучка можно выделить три этапа его взаимодействия с прозрачной средой. При малой интенсивности эффекты взаимодействия будут крайне незначительными и происходящими только в момент распространения пучка. При увеличении интенсивности пучка возникает ряд существенных обратимых во времени эффектов. Это термоупругие эффекты, связанные с разогревом среды и последующей ее деформацией, и электрооптические эффекты, вызывающие нелинейное распространение, генерацию гармоник, самофокусировку пучка и ряд других нелинейных оптических явлений. При дальнейшем увеличении интенсивности оптического пучка начинают возникать необратимые изменения в материале: растрескивание, плавление, испарение и, наконец, резкое разрушение,
Поскольку в устройствах управления параметрами оптических пучков в основном использовались электрооптические и акустооптические кристаллы, то наибольшее внимание исследователей было обращено именно на взаимодействие лазерных пучков с такими средами. В шестидесятые годы было обнаружено два обратимых эффекта, положивших начало развитию двух новых направлений в нелинейной оптике и физической акустике. Первый эффект, получивший название фоторефрактивного, состоит в локальном изменении показателя преломления под действием лазерного пучка. Второй эффект, названный фотоакуетическим, заключается в генерации акустических колебаний при

воздействии на материал импульсным или модулированным оптическим пучком. С одной стороны, эти эффекты препятствовали использованию более интенсивных оптических пучков, а с другой стороны были высказаны предположения о возможности их практического использования для обработки и записи оптических сигналов. Первая проблема была успешно решена в конце восьмидесятых годов путем выращивания более совершенных беспримесных стехиометрических кристаллов или кристаллов с определенного вида допантамн. Основное внимание в последнее десятилетие было обращено на совмещение обоих эффектов с целью создания нового класса устройств нелинейной оптики и акустики. В первую очередь это касалось устройств для генерации высших гармоник оптического излучения, голографических решеток, фильтров, объемной голографической памяти, устройств для оптической генерации и детектирования акустических колебаний в мега- и гигагерцовых диапазонах и т.д. В основе большинства реализованных до наших дней предложений лежит использование так называемых голографических решеток, представляющих собой периодическую структуру фотоиндуцированных изменений показателя преломления и созданную при интерференции двух лазерных пучков, пересекающихся вблизи поверхности или объема электрооптического кристалла. Хотя фотоиндуцированные голографические решетки могут сохраняться в отсутствие внешних воздействий достаточно долгое время - от часов до нескольких месяцев или даже лет, - последующее лазерное воздействие может частично или полностью их стирать. Было разработано несколько способов их закрепления (фиксации), но они не дают полного эффекта сохранения голографической решетки при многократном лазерном облучении.
Поэтому в девяностых годах встала проблема создания более совершенных материалов да устройств нелинейной и адаптивной оптики и акустики. Наиболее успешным было использование периодических

той же длиной волны при комнатной температуре восстанавливает только первоначальное хаотическое распределение активных примесных центров за счет фотогенерации электронов, но не изменяет положения неактивных центров. В этом случае периодические изменения показателя преломления создаются пространственным перераспределением заряженных неактивных центров. Впоследствии в качестве неактивных центров назывались последовательно ионы кремния [26], структурные ионы лития [27] и ионы ОН"* [28]. Последние попадают в решетку кристалла в процессе выращивания. Хотя версия об участии ионов ОН"1 наиболее распространена, для ее обоснования необходимо существование не менее трех решеточных положений для протонов [29], что плохо согласуется с рядом экспериментальных данных.
В большинстве выполненных до настоящего времени исследований [28, 29, 7, 10] предполагалось, что в процессе фиксации не происходит изменения знака поляризации, т.е. образования инвертированного доменного состояния. Тем не менее, в ряде работ уже приводились более или менее достоверные факты, свидетельствующие о том, что в процессе закрепления голограмм происходит возникновение сегнетоэлектрических доменов. Так в работе [30] было подробно исследовано формирование в монокристалле титаната бария как голографической решетки, так и решетки инвертированных доменов. Голографическая решетка создавалась, как обычно, двумя интерферирующими лазерными пучками. Возникновение доменной структуры происходило при одновременном с оптическим облучением приложении постоянного электрического поля в направлении, обратном полю спонтанной поляризации. По мнению авторов, инвертирование направления спонтанной поляризации происходило в тех местах, где поле пространственного заряда складывалось с внешним электрическим полем. В целом это и приводит к образованию регулярной доменной структуры с доменами типа “голова к голове” (рис. 1.5).