Введение к работе
Актуальность темы
Успешное развитие лазерной техники позволило реализовать многочисленные эксперименты в области нелинейной оптики! Практически любой эффект нелинейной оптики может быть положен в основу оптических приборов, которые приобретают новые уникальные свойства и значительно расширяют свои характеристики.
В настоящее время большое внимание уделяется исследованию сегне-тоэлектрических фоторефрактивных сред и особенностям взаимодействия этих сред с лазерным излучением при различных внешних факторах. Считается, что фоторефрактивные среды являются перспективными для создания на их основе новых элементов информационной техники.
В фоторефрактивных средах реализуется одновременно несколько оптических эффектов. Под действием оптического излучения происходит заброс электронов в зону проводимости (фотопроводимость). Электроны из-за отсутствия центра симметрии среды, перемещаются в образце, а затем закрепляются на особых уровнях. В местах закрепления электронов возникают сильные электрические поля (фотовольтаический эффект). Под действием электрического поля з образце изменяется показатель пре-помления (фоторефрактивный эффект).
Сопутствующими данным эффектам являются генерация излучения эазностной частоты (ш4 = со + со - со), с частотой ю4, совпадающей с частотой со падающего на образец излучения (фоторефрактивное рассеяние) и нестационарное изменение доменной структуры образца во времени.
Эти эффекты оказывают друг на друга взаимное влияние, усложняют протекание каждого процесса, а нестабильность доменной структуры приводит к изменению ряда характеристик процессов во времени.
Ряд данных эффектов интенсивно исследовался (в литературе, в журнальных статьях приведены многочисленные результаты). Но несмотря на это, в целом, проблема взаимного влияния эффектов друг на друга, выяв-іение особенностей протекания процессов, учет неизвестных деталей этих процессов вызывают глубокий интерес и требуют дальнейшего изу-
4ЄНИЯ.
Одним из наиболее эффективных фоторефрактивных кристаллов яв-іяется кристалл ниобата лития (LiNb03). Эти кристаллы обладают высо-:ими нелинейными, электрооптическими, пироэлектрическими, фотогаль-іаническими, пьезоэлектрическими свойствами, что позволяет применять їх для создания устройств преобразования частоты оптического излуче-іия, при голографической записи информации.
Поскольку практическое применение кристаллов LiNb03 и других нели-юйных сред довольно часто затруднено сопутствующими эффектами, то
становятся актуальными исследования, направленные на выяснение природы различных "мешающих" оптических эффектов. Актуален и поиск путеі управления свойствами различных нелинейных материалов.
Наиболее ярко эффекты фоторефракции, фоторефрактивного рассеяния и сопутствующие эффекты выражены в кристаллах LiNb03. Для выявления особенностей данных эффектов целесообразно провести исследования на одном кристалле (кристалле ниобата лития), используя чистые и легированные кристаллы.
Цель и задачи работы
Основной целью работы являются исследования закономерностей и особенностей фотовольтаического и фоторефрактивного эффектов, фоторефрактивного рассеяния света и сопутствующих процессов в легированных и нелегированных кристаллах ниобата лития.
Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены следующие задачи.
-
Проведен систематический анализ литературных данных по наблюдаемым эффектам в легированных и нелегированных кристаллах ниобата лития.
-
Рассмотрена аналогия между фотовольтаическим эффектом и эффектом оптического выпрямления.
-
Проведен анализ фотовольтаического эффекта на кубичной нелинейности для кристалла ниобата лития.
-
Исследованы и зарегистрированы ряд особенностей протекания фотовольтаического эффекта в легированных и нелегированных кристалла> ниобата лития.
-
Исследованы характерные особенности записи и считывания фоторефрактивного изменения показателя преломления в легированных кристаллах ниобата лития.
-
Изучен фоторефрактивный эффект при острой фокусировке излуче ния в кристалл.
..: 7. Обнаружен и исследован эффект закрепления электрооптически) изменений показателя преломления в кристаллах LiNb03.
-
Рассмотрена генерация разностных частот на кубичной нелинейно сти.
-
Экспериментально исследовано фоторефрактивное рассеяние све та в легированных и нелегированных кристаллах ниобата лития в сфоку сированных и несфокусированных пучках лазерного излучения.
-
Исследована нестационарная кольцевая структура в пучках рассе янного излучения.
Научная новизна работы
Основные научные результаты работы сводятся к следующему.
-
Выявлена аналогия между фотовольтаическим эффектом и эффектом оптического выпрямления в кристаллах ниобата лития.
-
Впервые исследован ряд особенностей фотовольтаического эффекта на кубичной нелинейности в кристаллах ниобата лития.
-
Детально исследован ряд новых особенностей фотовольтаического эффекта в легированных и нелегированных кристаллах ниобата лития.
-
Впервые получены временные характеристики фоторефрактивного эффекта при острой фокусировке излучения в кристалл.
-
Зарегистрированы фоторефрактивные изменения показателя преломления на легированных кристаллах ниобата лития.
-
Исследован новый эффект - эффект записи в кристалле электрооптических изменений показателя преломления кристалла.
-
Обнаружены новые особенности фоторефрактивного рассеяния света в легированных и нелегированных кристаллах в сфокусированных и несфокусированных пучках излучения.
-
Впервые обнаружена и исследована нестационарная кольцевая структура в рассеянном в кристалле излучении для х- и у срезов кристалла.
Практическая ценность работы
Все полученные в диссертационной работе научные результаты и используемые методы служат основой для создания новых нелинейно-оптических.элементов и на их основе приборов нового типа, применяемых в открытых и волоконных оптических линиях связи, для создания новых запоминающих и других устройств.
Апробация работы
Основные результаты диссертационной работы опубликованы в работах [1 - 20] и докладывались автором:
-
на Дальневосточной научно-практической конференции "Проблемы транспорта Дальнего Востока", Владивосток, 1995 г.;
-
39-й научно-технической конференции "Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта Дальневосточного региона", ГДВГУПС, Хабаровск, 1995 г.;
-
41-й, 42-й и 43-й научных конференциях ХГПУ, Хабаровск, 1995, 1996, 1997г.;
-
11-й Международной Вавиловской конференции по нелинейной оп-^ гике, Новосибирск, 1997 г.;
-
научно-технической конференции ДВГУПС, Хабаровск, 1997 г.;
-
2-й Международной конференции "Проблемы транспорта Дальнего Востока", Владивосток, 1997 г.;
-
Международной научной конференции молодых ученых Сибири, Дальнего Востока и стран АТР "Молодежь и наука - регионам", Хабаровск, 1997 г.
Структура и объём работы
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Общий объём работы составляет 117 страниц, включая 27 рисунков.
-
Между эффектами оптического выпрямления и фотовольтаическиг/ существует глубокая аналогия, основанная на общих закономерности протекания процессов как на квадратичной, так и на кубичной нелинейно-стях.
-
Фотовольтаический эффект на кубичной нелинейности в кристалла) ниобата лития возникает за счет асимметрии используемых оптически) частот.
-
Кольцевая нестационарная структура в фоторефрактивном рассея нии обусловлена нестабильностью доменной системы кристалла и воз можна для любых срезов (например, х, у, или z).
-
При возбуждении разностных частот ю4 = 2со - а = <в на кубичной не линейности нефокусируемыми коллинеарными пучками излучения уело вия фазового синхронизма осуществляются для шести типов взаимодей ствий для любого направления в кристалле. Для оставшихся десяти взаи модействий фазовый синхронизм реализуется только вдоль оптическої оси, но зато для этих взаимодействий в любом направлении в кристалле могут быть выполнены условия векторного синхронизма.
, 5. В кристалл ниобата лития можно записать не только голографиче ские дифракционные решетки, но и искусственные нелинейные элементы.
