Влияние катионов Gd на фоторефрактивные свойства стехиометрических монокристаллов инобата лития

А. В. СЮЙ, Н. В. СИДОРОВ1, М. Н. ПАЛАТНИКОВ1, А. Ю. ГАПОНОВ, Е. А. АНТОНЫЧЕВА

Дальневосточный государственный университет путей сообщения, Хабаровск

1Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им.  Кольского научного центра РАН, Апатиты, Мурманская обл.

ВЛИЯНИЕ КАТИОНОВ Gd НА ФОТОРЕФРАКТИВНЫЕ СВОЙСТВА СТЕХИОМЕТРИЧЕСКИХ МОНОКРИСТАЛЛОВ ИНОБАТА ЛИТИЯ

Проведены сравнительные исследования фоторефрактивных свойств номинально чистых стехиометрических кристаллов и стехиометрических кристаллов с примесью Gd. Установлено, что даже малая концентрация Gd (0,001 % вес.) значительно ухудшает фоторефрактивные свойства стехиометрических кристаллов ниобата лития.

Ниобат лития является фазой переменного состава и имеет широкую область гомогенности на фазовой диаграмме, отличается глубокодефектной структурой и многие его физические свойства существенно зависят от состава и состояния дефектности катионной и кислородной подрешеток [1]. В формировании оптических свойств важную роль играют дефекты с локализованными на них электронами, так как именно они участвуют в фотопроцессах и обеспечивают пространственное разделение заряда, который в свою очередь формирует внутри кристалла электрическое поле, изменяющее показатель преломления кристалла [2]. Из-за измененного показателя преломления происходит отклонение света от прямолинейного распространения – фоторефрактивное рассеяние света (ФРРС).

Монокристаллы выращивались методом Чохральского с содержанием 50,0 моль. % Li2O. Использовались образцы в виде параллелепипедов »8х8х8 мм3 с ребрами, параллельными кристаллофизическим осям X, Y,Z соответственно. Для возбуждения ФРРС использовано излучение лазера на Y:Al гранате MLL-100 (l0=530 нм), мощностью 160 мВт. Рассеянное излучение падало на полупрозрачный экран, размещенный за кристаллом, и регистрировалось цифровой видеокамерой. При облучении образцов лазерным излучением l0=532 нм мощностью 160 мВт, на экране за кристаллом появляется трехслойная спекл-картина вытянутая в виде симметричной восьмерки вдоль полярной оси кристалла Ps [3]. С течением времени индикатриса рассеянного света изменяется (рис. 1).

В обоих случаях происходит перекачка энергии из внешних слоев спекл-картины во внутренние, т. е. в центральное пятно. Из рис. 1 следует, что образцы LiNbO3стех обладают более выраженными фоторефрактивными свойствами по сравнению с кристаллами LiNbO3стех:Gd (0,001 % вес.), т. к. угол рассеяния света q достигает больших значений (примерно на 40%), следовательно больше возникает электрическое поле внутри кристалла и сильнее изменяется показатель преломления кристалла, на котором происходит рассеяние света.

Таким образом, даже малое содержание Gd приводит к погашению фоторефракции в кристаллах ниобата лития на 40%, а сама примесь является нефоторефрактивной. Даже такая известная и изученная примесь как Mg не позволяет полностью погасить фоторефракцию в кристаллах ниобата лития. Вопрос о виде и концентрации примеси для полного гашения фоторефракции остается открытым.

Список литературы

1. Кузьминов  и нелинейно-оптический кристалл ниобата лития. М.: Наука, 1987.

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

3. Сидоров Н. В., Сюй А. В., Палатников М. Н., Калинников  спекл-структура в фоторефрактивном монокристалле ниобата лития. Доклады академии наук. 2011. Т.437. №3. С.352–355.