Введение к работе
-3-.
Актуальность проблемы исследования влияния внешних воздействий на оптические и рентгенодифракционные параметры кристаллов связана с развитием областей науки и техники, относящихся к разработке новых физических принципов обработки и передачи информации в оптическом и рентгеновском диапазонах частот. В настоящее время большое внимание уделяется оптическим процессорам, осуществляющим преобразование оптических изображений [1]. В них в качестве фоточувствительных сред используются кристаллы [2]. Физический принцип их работы основан на локальном фотоиндуцированном изменении компонент тензора диэлектрической проницаемости среды [3] (фоторефрактивный эффект - ФРЭ). Актуальной представляется задача создания оптических процессоров, использующих нейронные принципы обработки информации [4]. Для этого необходимо обеспечить условия, при которых передаточная функция оптического аналога нейрона будет иметь сигмоидальный (S-образный) вид, являющийся одним из наиболее оптимальных. Сейчас активно разрабатываются различные рентгенооптические устройства. Это связано с тем, что в настоящее время практически нет комплекта рентгеновских устройств, применение которых позволило бы создать процессор, обрабатывающий рентгеновские изображения. А главное, практически нет устройств, позволяющих управлять формированием рентгеновских изображений. Существует потребность в устройствах и методах, осуществляющих взаимосвязь между информацией представленной оптическим и рентгеновским диапазонами частот.
Основной трудностью при создании нейронных оптических процессоров является получение кристаллов, в которых проявление ФРЭ имеет более сложный характер, чем описанное в литературе фотоиндуцированное уменьшение двулучепреломления (Дп). Для получения S-образной характеристики оптического нейрона, достаточно обеспечить условия проявления ФРЭ, приводящего к фотоиндуцированному увеличению Дп, время действия которого значительно меньше времени проявления одновременно наблюдающегося уменьшения Дп. В работе исследуются некоторые проявления ФРЭ, мало описанные в литературе.
В работе рассматриваются внешние воздействия, которым подвергается
кристалл в процессе записи в нём оптической информации. К таким воздействиям относятся электромагнитные волны оптического и рентгеновского диапазонов (100 мкм - 1.5А), а также постоянные и медленно меняющиеся (т » 10 * 1000 сек) пространственно-неоднородные тепловые поля.
Особенно интересна связь изменений структуры кристаллов с внешними воздействиями малой интенсивности. Определённый интерес представляет исследование влияния реальной структуры и примесей на фото- и термоиндуциро-ванные эффекты. Это связано с тем, что фоторефрактивный эффект во многом определяется концентрацией и типом примеси.
Известно, что интенсивность рентгеновских дифракционных максимумов массивных идеальных кристаллов значительно отличается от интенсивности для искажённых кристаллов [5]. Это позволяет с помощью каких-либо внешних воздействий (ультразвук, электрическое поле, лазерное излучение) на дифрагирующий кристалл изменять его рентгенодифракционные параметры. Наиболее актуальным представляется случай использования воздействий, которые вызывают обратимые изменения структуры кристалла. В случае решения этой задачи можно было бы использовать эти эффекты для построения рентгенооптических устройств, аналогичных оптическим устройствам, так например можно бьшо бы создать устройства формирующие рентгеновские изображения.
В качестве исследуемых кристаллов нами были выбраны ниобат лития (LiNbOj) и дигидрофосфат калия (КН2РО4 - KDP). Такой выбор связан с широким применением этих кристаллов в технике и с тем, что их физические свойства достаточно подробно исследованы в статических условиях проведения экспериментов [6]. Основная особенность этих материалов заключается в том, что их атомные структуры являются чрезвычайно чувствительными к внешним воздействиям. Целью работы является:
-
Проведение комплексных исследований фото- и термоиндуцированных изменений оптических и рентгенодифракционных свойств кристаллов LiNb03 и КН2Р04 (KDP).
-
Исследование влияния примеси на термоиндуцированные изменения оптических параметров кристаллов LiNb03 и LiNb03:Cu.
3. Исследование возможности формирования рентгеновских изображений с помощью воздействия неоднородными температурными полями на дифрагирующий кристалл.
На защиту выносятся следующие основные положения, определяющие научную новизну полученных в диссертации результатов:
в Впервые обнаружены фотоиндуцированные изменения свойств кристаллов LiNb03:Cu, которые проявлялись одновременно в виде "быстрых" изменений двулучепреломления (An), коэффициентов поглощения и рентгенодифракцион-ных параметров кристалла в моменты начала и прекращения засветки кристалла импульсным лазерным излучением. Эти изменения наблюдаются на фоне хорошо известных фотоиндуцированных изменений Дп, но в отличие от них приводят к фотоиндуцированному увеличению An среды. Найдены условия проявления этих изменений. Характерное время установления "быстрых" изменений An значительно меньше, чем время установления обычных изменений Дп.
Исследованы особенности воздействия неоднородных температурных полей
па оптические параметры кристаллов LiNb03:Cu, LiNb03 и KDP. Обнаружено
влияние неоднородных тепловых полей и концентрации примеси меди на вели
чину термоиндуцированных изменений коэффициентов поглощения.
в Экспериментально показана возможность формирования рентгеновских пучков с изменяющейся пространственно-временной структурой (рентгеновские изображения) путём воздействия лазерным изучением на дифрагирующий кристалл KDP или LiNb03. Научная и практическая ценность диссертации состоит в следующем:
Полученные результаты могут быть использованы для построения устройств обработки и хранения оптической информации, когда необходимо наличие двух одновременно действующих механизмов записи оптических изображений. Наблюдаемые "быстрые" изменения двулучепреломления, в совокупности с обычными изменениями, позволят создать перезаписываемые фоточувствительные среды с фоточувствительностью, функциональная зависимость которой приближена к сигмоидальному виду.
Полученные результаты можно использовать при создании устройств форми-
рования и обработки рентгеновских изображений, а также для построения рент-генооптических устройств формирования и коррекции волнового фронта рентгеновского излучения. Апробация работы и публикации.
Основные результаты диссертации докладывались на Всероссийской научной конференции "Структура и свойства кристаллических и аморфных материалов", 12-14 марта 1996 г., Н. Новгород. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ.
Структура и объём работы.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы. Она изложена на 150 страницах, включая 36 рисунков, 1 таблицу и библиографию из 110 наименований.