Введение к работе
связана с широким применением фоторефрактивных кристаллов н особенно ниобата лития и разнообразных элементах о иго- и акустозлектроники, в частности в усфойствах для генерации высших гармоник оптического излучения, топографических решетках, фильтрах, объемной топографической памяти, устройствах для оптической генерации и детектирования акустических, колебании в мета- и гигагерцовых диапазонах. Н основе большинства реализованных до наших дней предложений лежит использование так называемых голографнческнх решеток, представляющих собой периодическую структуру фотоиндуцированных изменении показателя преломления. Эти топографические решетки, несмотря на разработанные способы их фиксации, недостаточно устойчивы к повторному лазерному облучению или повышению температуры.
Колее перспективным в настоящее время является применение для зтих же целей периодических доменных структур 1! сегпетозлектрических кристаллах. Пока такие доменные структуры нашли. применение для генерации второй гармоники полупроводниковых лазеров. Технологически разработанные способы формирования периодических доменных структур достаточно сложны, и получаемые решетки не всегда соответствуют заданным условиям. Поэтому встала проблема как поиска новых способов создания таких структур, так и расширения их практического использования.
Поскольку в основе большинства известных способов формирования доменов и доменных-структур лежит переполярнзацня во .внутреннем или приложенном электрическом поле, то представлялось возможным использование в чтих целях фотоиндуцированных электрических полей в электрооптических крпсгаллах. Реальное решение поставленной задачи во многом сдерживалось малочисленностью фундаментальных исследовании по механизмам формирования доменных структур и взаимодействию оптического излучения с такими структурами.
заключалась в исследовании образования доменов и доменных структур под действием оптического излучения и акустических нолей и
изучении взаимодействия оптического излучения с доменными структурами и ссгнетопьсзоэлектричсских кристаллах.
В качестве объекта исследования был выбран монокристалл инобата пития. К настоящему времени он наиболее хорошо исследован. Выращивание крупных монокристаллов достигло большого совершенства, хорошо отработаны методы изучения его электрических, оптических и акустических характеристик. Он обладает уникальной совокупностью наиболее высоких среди кнелородно-октаодрических кристаллов оптических, акустических и пьезоэлектрических характеристик. Поэтому ниобат лития широко используется в пьезонреобра зоватсльных, модуляционных и других устройствах.
Для проведения экспериментальных исследовании бьшо использовано несколько экспериментальных методов, включающих в том числе восстановительный опкиг образцов при температуре 450-600 :'С и атмосфере гелия, позволяющий изменять валентное состояние примесных ионов. Контроль за концентрациями и валентным состоянием примесных ионов железа осуиісствлялся с помощью ЭПР II акустического ЭПР. Кроме того, диссертантом были разработаны методики формирования сегнстоэлектричсских доменов и доменных структур при оптическом и оптоакустическом воздействии на образцы, а также изучения генерации и распространения поверхностных акустических волн в условиях оптического облучения., образцов со сформированными в них доменными структурами. Оптическое облучение образцов производилось пучками лазера иа иттрий-алюмшшевом гранате с длиной волны второй гармоники 0,53 мкм. Выбор именно такой длины волны облучения был обусловлен тем, что оно способно возбуждать как примесные, так и структурные центры, участвующие в фотоиндуцированных процессах [I].
I. Впервые обнаружено возникновение локальной инвертированной поляризации (ссгнстоэлекгрического домена) в ранее монодоменных образцах ннобата лития, содержащих примесные ионы железа в общей концентрации 10,8-1019 см-^ при относительной концентрации ионов Fci+ ~ 20-40% под действием только лазерного облучения. "Установлено, что возникновение локальной
инвертированной поляризации возможно н кристаллах при их
облучении лазерным пучком с длиной полны 0,53 мкм и виде
импульсов с длительностью Ю-7 с, частотой следования I кГц и
плотностью мощности в импульсе 1()4-1()5 Вт/см2 и диапазоне
температур 130-160С. Покапано, что возникновение
сегнетозлекірического доменного состояния связано с фотоиндуцированным разделением примесных ионов с переменной валентностью и последующим образованием поля -электрических зарядов, инверсного по знаку и препосходящему по величине иоле спонтанной поляризации.
-
Исследовано возникновение периодической доменной структуры в образцах пиобата лития в условиях оптического облучения поверхности н одновременного распространения стоячей поверхностной акустической волны. Установлено, что возникновение доменной структуры возможно в образцах с общей концентрацией ионов железа не менее І018 см-3 и относительной концентрацией попов Fc-+ 20-40% при мх облучении лазерным пучком с длиной волны 0,53 мкм и плотностью мощности не менее 50 мВт/см2 в диапазоне температур 120-160С и при относительных акустических деформациях ПЛВ не менее 10-4. Показано, что формирование периодической доменной структуры происходит под действием пространственно периодического электрического поля ионов железа, перераспределенных пьезоэлектрическим полем стоячей акустической волны.
-
Впервые обнаружена и исследована генерация поверхностных п приповерхностных акустических волн при облучении периодической доменной структуры, сформированной п образце пиобата лития (общая концентрация ионов железа !018 см-3 при относительной концентрации ионов Fe2+ ~ 20%), импульсным лазерным пучком (длина полны 0,53 мкм, длительность 1,2-10"7 с, частота следования 30-50 Гц, плотность мощности в импульсе К)4 Вт/см2). Предположено, что при коэффициенте поглощения поверхности образца ~ 10 см-1 возбуждение акустических волн происходит за счет термоупругого механизма, при меньших коэффициентах поглощения генерация осуществляется, главным образом, посредством электронного механизма. Показано, что при электронном механизме генерация осуществляется посредством периодической модуляции электрических нолей в доменах электрическими полями фотовозбужденных электронов.
Усыновлено, что генерация акустических ноли наиболее эффективна на длинах волн, кратных периоду доменной структуры. 4. Исследопано плпянис изменения концентрации фотовозбужденных электронов на распространение акустических волн в ппобате лития. Впервые обнаружено, что увеличение концентрации фотоэлектронов приводит к возрастанию токовой (концентрационной) нелинейности, что проявляется в возрастании амплитуды второй акустической гармоники.
-
Разработаны способы создания ссгнстоэлсктрнчсских доменов в нпобатс лития, содержащем примесные ионы железа, основанные на оптически и оптоакустически индуцированном перераспределении примесных попон с переменной валентностью.
-
Показана возможность использования периодических доменных структур в сег нетоэлекзриках для оптической генерации и детектирования акустических колебании.
-
Показана возможность управления процессом генерации второй акустической гармоники в кристаллах пиобата лития, обусловленным токовой (концентрационной) нелинейностью, с помощью оптического облучения.
обеспечивается использованием разнообразных экспериментальных методик, хорошим совпадением -экспериментальных результатов с теоретическими моделями, а также хорошим согласованием полученных диссертантом результатов с экспериментальными данными и предположениями других исследователей.
