Влияние радиационных воздействий на оптические свойства монокристаллов ниобата лития Орлова Анна Николаевна

Введение к работе

Актуальность темы. За последние годы были синтезированы и достаточно подробно исследованы сегнетоэлектрические монокристаллы ниобатов и танталатов щелочноземельных металлов, обладающие высокими электрооптическими, пьезоэлектрическими, пироэлектрическими и нелинейными свойствами [1]

Возможности использования этих кристаллов связаны с особенностями кристаллической структуры, характерными этому классу соединений Отличительной особенностью ниобатов является нарушение стехиометрии в процессе выращивания кристаллов, ведущее к появлению разнообразных дефектов кристаллической решетки, которые оказывают существенное влияние на свойства этих соединений Это указывает на то, что сегнетоэлектрические, оптические, электрооптические и нелинейные свойства этих кристаллов необходимо рассматривать в зависимости от состава, наличия примесей, дефектной и доменной структуры, то есть макро-и микродефектов. Вариация состава и различного рода дефектообразующие обработки, изменяющие концентрацию дефектов, ответственных за появление оптических неоднородностей и оптические свойства, являются с одной стороны эффективным способом управления оптическими свойствами этих соединений, а с другой - изменяют эксплуатационные параметры оптоэлектронных устройств, созданных на базе модифицируемых материалов.

В классе кислородно-октаэдрических сегнетоэлектриков ниобат лития LiNb0₃ является общепризнанным модельным кристаллом и занимает особое место в ряду кристаллов, используемых в оптоэлектронике для широкополосной эффективной модуляции, отклонения, коммутации, частотного преобразования световых пучков, благодаря ряду уникальных оптических, электрооптических и других свойств Ряд таких приборов работает в критических условиях^- при воздействии высоких температур, упругих и электрических полей, радиации и т д

Изучение кристаллов ниобата лития, подвергнутых таким видам внешних воздействий, как гамма- и гамма-нейтронное облучение, вакуумная обработка металлическим литием, высокотемпературный отжиг может дать информацию о природе оптических аномалий и о влиянии состава на оптофизические свойства и температурное поведение оптической однородности кристаллов LiNb0₃, что может решить ряд практических и теоретических задач оптоэлектроники. Поэтому исследование оптических свойств кристаллов ниобата лития, подвергнутых различным воздействиям, меняющих состав и дефектную структуру этого материала, интересно как в научном, так и в практическом плане Актуальным является также и изучение процессов, компенсирующих дефектообразующие воздействия, например, высокотемпературного отжига Изучение отжига дает существенную информацию о природе и свойствах дефектов и влиянии их на макроскопические характеристики вещества

\

Оптические свойства у-облученного ниобата лития исследовались достаточно интенсивно Однако, на момент постановки задачи диссертационной работы в известной литературе отсутствовала какая-либо информация о влиянии нейтронного облучения на оптические свойства кристаллов ниобата лития. Кроме того, не было единого мнения о механизмах воздействия на кристалл у-облучения и природе наблюдаемых аномалий оптических свойств, вызванных этим облучением. Именно поэтому изучение влияния различных модифицирующих воздействий и, в частности, у- и п-облучения на оптические свойства монокристаллов ниобата лития представляется актуальным

Цель работы. Основной целью настоящей работы явилось исследование дефектообразующих воздействий гамма- и гамма-нейтронного облучение, вакуумной высокотемпературной обработки поверхности кристаллов металлическим литием, высокотемпературного отжига и др на оптические свойства монокристаллов ниобата лития

В соответствии с этой иелью были поставлены следующие основные задачи

- исследовать влияние гамма- и смешанного гамма-нейтронного
облучения на оптические свойства монокристаллов ІлМЮз,

исследовать влияние процедуры вжигания металлического лития в поверхность при вакуумном напылении на показатели преломления кристаллов ниобата лития,

исследовать влияние высокотемпературного восстановительного и окислительного отжига на температурное поведение показателей преломления исследуемых кристаллов LiNb0₃;

построить физические модели, описывающие влияние гамма- и гамма-нейтронного облучения, высокотемпературного отжига, возникновение аномалий оптических свойств в монокристаллах ниобата лития, подвергнутых этим воздействиям

Объекты исследования. В соответствии с поставленными задачами, в качестве объектов исследования были взяты монокристаллические образцы LiNb0₃, вырезанные из конгруэнтных номинально чистых кристаллов ниобата лития. Кристаллы были выращены методом Чохральского и подготовлены к исследованиям в г Богородицке на заводе «Монокристалл» Использовались, также кристаллы, выращенные в Институте физики твердого тела и полупроводников АН Беларуси

При исследованиях кристаллы подвергались различным обработкам у-облучению и смешанному у,п-облучению, высокотемпературному отжигу, вакуумному напылению металлического лития в поверхность кристалла и т д , в соответствии с задачами конкретных исследований

Гамма-облучение проводилось на установке Со⁶⁰ в Институте физики твердого тела и полупроводников АН Беларуси и Объединенном институте ядерных исследований г Дубна Смешанное гамма-нейтронное облучение

проводилось на реакторе быстрых нейтронов ИБР-2 в Объединенном институте ядерных исследований г. Дубна.

Научная новизна. В работе впервые проведены исследования влияния гамма-нейтронного облучения на показатели преломления кристаллов ниобата лития и их температурное поведение Систематически исследовано влияние эффектов старения, температурных воздействий на оптические свойства гамма-облученных кристаллов

Обнаружены температурный гистерезис показателей преломления и аномалия оптических свойств гамма- и гамма-нейтронно облученных кристаллов ниобата лития, заключающаяся в уширении и раздвоении линий изображения щели коллиматора, по которым снимались показания показателей преломления.

Предложены модели, объясняющие природу процессов, происходящих в кристаллах ниобата лития при внешних воздействиях

Положения, выносимые на защиту. На защиту выносятся следующие основные результаты и положения

1. Данные измерений влияния гамма- и смешанного гамма-нейтронного облучения на показатели преломления монокристаллов LiNb0₃, процедуры вжигания металлического лития в поверхность кристалла на показатели преломления кристаллов ниобата лития, температурных воздействий на показатели преломления всех исследуемых образцов

2 Наличие температурного гистерезиса показателей преломления и экспериментальные данные по влиянию различных дефектообразующих воздействий на это явление

3. Наличие аномалий температурных зависимостей показателей преломления, инициированных гамма- и гамма-нейтронным облучением и другими воздействиями

1. Эффект изменения величины показателей преломления при вжигании металлического лития в поверхность при вакуумном напылении

2. Модели, объясняющие появление вышеуказанных эффектов в кристаллах ниобата лития

Практическая ценность. Результаты диссертационной работы могут быть использованы для конструкторских разработок элементной базы оптоэлектронной промышленности, в частности, при создании электрооптических модуляторов на базе кристаллов LiNb0₃, для улучшения оптического качества оптоэлектронных устройств на основе ниобата лития

Полученные результаты использовались в учебном процессе, при выполнении магистерских диссертаций и дипломных работ

Апробация результатов работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях II международная конференция по физике кристаллов «Кристаллофизика 21-го века» (Москва, 2003 г), VIII научная конференция молодых ученых и специалистов (г Дубна, 2004 г), X всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых (Москва,

2004 г), V Международная научно-техническая школа-семинар «Эффект
Баркгаузена и аналогичные физические явления» (г Ижевск, 2004 г),
Национальная конференция по росту кристаллов, ИК РАН, (Москва, 2004 г),
XVII всероссийская конференция по физике сегнетоэлектриков (г Пенза,

2005 г.), XII Региональные Каргинские чтения (г Тверь, 2005 г )
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных

работ, из них 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Личный вклад автора. Все основные экспериментальные результаты по исследованию оптических свойств монокристаллов ниобата лития, представленные в диссертационной работе, получены автором. Соавторы совместных публикаций принимали участие в постановке задачи исследования, проведении ряда измерений и обсуждении результатов

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав, выводов и библиографии Она содержит 69 рисунков, 21 таблицу, список публикаций автора из 10 наименований и список цитируемой литературы из 133 наименований. Общий объем диссертации 117 страниц

Похожие диссертации на Влияние радиационных воздействий на оптические свойства монокристаллов ниобата лития

Поверхность, структура и оптические свойства протонообменных волноводных слоев на монокристалле ниобата литияАзанова Ирина Сергеевна

Структурные и оптические свойства метастабильных фаз в протонообменных волноводных слоях на монокристалле ниобата лития Шевцов Денис Игоревич

Влияние экранирования деполяризующих полей на кинетику доменной структуры монокристаллов семейства ниобата лития и танталата литияАхматханов, Андрей Ришатович

Влияние физико-химического воздействия лития на механические свойства кандидатных сталей бланкета ТЯР при кратковременном статическом нагруженииВертков, Алексей Викторович

Спектры комбинационного рассеяния света, фоторефрактивный эффект и структурное упорядочение монокристаллов ниобата лития разного составаЧуфырев Павел Геннадьевич

Экспериментальное и теоретическое исследование кинетики нано-доменных структур в монокристаллах ниобата литияЛобов Алексей Иванович

Исследование микро- и нанодоменных структур в монокристаллах ниобата лития методом сканирующей лазерной конфокальной микроскопии комбинационного рассеянияЗеленовский, Павел Сергеевич

Процессы разупорядочения в фоторефрактивных монокристаллах ниобата лития и их проявление в спектрах комбинационного рассеяния светаЯничев, Александр Александрович

Исследование переключения поляризации в монокристаллах ниобата лития и танталата лития при повышенных температурах и в результате воздействия электронного лучаЧезганов, Дмитрий Сергеевич

Исследование формирования микро- и нанодоменных структур в монокристаллах ниобата лития с поверхностным слоем, модифицированным методом протонного обменаДолбилов, Михаил Александрович