Регистрация фотоиндуцированного рассеяния света в кристаллах ниобата лития

Глава 2. Практическая часть

2.1. Регистрация фотоиндуцированного рассеяния света в кристаллах ниобата лития

Экспериментальная установка для регистрации фотоиндуцированного рассеяния света приведена на рис. 4. Для съёмки картин фотоиндуцированного рассеяния света использовался лазер MLL-100 (1). Исследуемый образец кристалла ниобата лития (2) располагался на пути хода луча лазера. Далее излучение, рассеянное кристаллом, падало на полупрозрачный экран (3), расположенный перпендикулярно направлению распространения волны. Полученная картина рассеяния фиксировалась с помощью цифрового фотоаппарата (4), который был установлен за полупрозрачным экраном. Съемку производили 6 минут с интервалом в 30 секунд с момента включения лазера. Полученные изображения обрабатывались на компьютере.

 

Рисунок 4. Схема экспериментальной установки для проведения эксперимента

по фотоиндуцированному рассеянию света

 

2.2. Описание картин фотоиндуцированного рассеяния света в кристаллах ниобата лития разного состава

На рис. 5 представлены картины фотоиндуцированного рассеяния света беспримесных кристаллов ниобата лития и кристаллов, легированных магнием с разной концентрацией легирующей добавки: LiNbO₃:Mg(0.5 %, 3 %, 6.5 %). Видно, что картины фотоиндуцированного рассеяния света разных кристаллов значительно отличаются друг от друга. Хороший качественный вид кристалла без эффекта фоторефракции имеет картина №3 кристалла LiNbO₃:Mg (3 %). Самый значительный эффект фоторефракции наблюдается на картине №1 для беспримесного кристалла ниобата лития. Снижение эффекта фоторефракции наблюдается на картине №2 (происходит уменьшение угла рассеяния) при легировании кристалла ниобата лития катионами магния в концентрации 0.5 %, однако такой концентрации недостаточно для полного подавления эффекта фоторефракции. Для кристалла LiNbO₃:Mg (6.5 %) получена кристалла картина фотоиндуцированного рассеяния света без эффекта фоторефракции, однако картина имеет размытый вид, что указывает на худшую оптическую однородность  кристалла LiNbO₃:Mg (6.5 %).

Рисунок 5. Картины фотоиндуцированного рассеяния света кристаллов: 1 – беспримесный LiNbO₃, 2- LiNbO₃:Mg (0.5 %), 3 - LiNbO₃:Mg (3 %), 4 - LiNbO₃:Mg (6.5 %).

Заключение

Таким образом, по результатам проведенного эксперимента можно сделать следующие выводы. Для беспримесного кристалла ниобата лития наблюдается проявление эффекта фоторефракции, который выражается в нарушении круговой симметрии лазерного луча, прошедшего через кристалл. Такой кристалл нельзя использовать для применений в оптоэлектронике. Легирование магнием приводит к подавлению эффекта фоторефракции. Причем малая концентрация добавки магния (0.5 %) незначительно снижает эффект фоторефракции, полное подавление эффекта фоторефракции наблюдается при концентрации магния свыше 3 %. Однако увеличение концентрации магния до 6.5 % приводит к значительной неоднородности выращенного кристалла, а значит, к ухудшению его свойств. То есть, кристаллы, легированные магнием в концентрации от 3 до 6.5 % можно рекомендовать для использования в промышленности, как функциональные оптические материалы с низким эффектом фоторефракции. Однако необходимы более подробные исследования кристаллов с малым шагом по концентрации.  

Список литературы:

1. Сидоров Н.В., Волк Т.Р., Маврин Б.Н., Калинников В.Т. Ниобат лития: дефекты, фоторефракция, колебательный спектр, поляритоны. М.: Наука, 2003. 255 с.

2. Палатников М.Н., Сидоров Н.В., Макарова О.В., Бирюкова И.В. Фундаментальные аспекты технологии сильно легированных кристаллов ниобата лития. Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 2017. 241 с.

3. Н. В. Сидоров, О. Ю. Пикуль, Н. А. Теплякова, М. Н. Палатников. Лазерная коноскопия и фотоиндуцированное рассеяние света в исследованиях свойств нелинейно-оптического кристалла ниобата лития. М.: РАН, 2019. – 350 с.