Труды КНЦ вып.9 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 1/2018(9) Часть 2)

DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.1.618-623 УДК 535 : 361 : 456.34.882 ПОЛУЧЕНИЕ И ФОТОРЕФРАКТИВНЫЕ СВОЙСТВА СИЛЬНО ЛЕГИРОВАННЫХ КРИСТАЛЛОВ LiNbOs : Zn, ВЫРАЩЕННЫХ ИЗ РАСПЛАВА КОНГРУЭНТНОГО СОСТАВА И. Н. Ефремов, И. В. Бирюкова, Н. А. Теплякова, О .В. Макарова, М. Н. Палатников Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия Аннотация Проведены исследования концентрационных условий выращивания кристаллов LiNbO3 : Zn в интервале концентраций легирующей добавки ZnO в расплаве ~ 4,0^9,0 мол. % с шагом ~ 1 мол. %, а вблизи «пороговой» концентрации (~ 6,8 мол. %) с шагом ~ 0,1 мол. %. Определены пороговые концентрации примеси, соответствующие существенному изменению условий образования кристаллов LiNbO3 : Zn: ~ 5,4 и 6,8 мол. % ZnO в расплаве. С помощью спектроскопии фотоиндуцированного рассеяния света (ФИРС) и метода лазерной коноскопии выполнены сравнительные исследования оптических характеристик монокристаллов LiNbO3 : Zn. Установлено, что в интервале концентраций легирующей добавки ZnO ~ 4^6.8 мол. % в расплаве возможно получение оптически однородных бездефектных кристаллов LiNbO3 : Zn, обладающих высокой стойкостью к оптическому повреждению. Ключевые слова: кристалл ниобата лития, расплав, легирование, фотоиндуцированное рассеяние света, лазерная коноскопия, пороговая концентрация, оптическая однородность, бездефектные кристаллы. PRODUCTION AND PHOTOREFRACTIVE PROPERTIES OF HIGHLY DOPED LiNbOs : Zn CRYSTALS GROWN FROM THE MELT OF CONGRUENT COMPOSITION I. N. Efremov, I. V. Biryukova, N. A. Teplyakova, O. V. Makarova, M. N. Palatnikov I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Federal Research Centre “Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences”, Apatity, Russia Abstract We have conducted a research of concentration conditions of growing of LiNbO3: Zn crystals in the range of concentrations of alloying additives to the ZnO in the melt ~ 4,0 + 9,0 mol. % with a step of ~ 1 mol. %, near threshold concentration of ~ 6,8 mol. % with a step of ~ 0,1 mol. %. The determined threshold concentration of impurities, corresponding to a significant change in the conditions of LiNbO3 : Zn crystals formation: ~ 5,4 and 6,80 mol. % ZnO in the melt. Using the method of photorefractive light scattering and the method of laser conoscope we made a comparative study of optical properties of single LiNbO3 : Zn crystals. It has been revealed that in the interval of concentrations of alloying ZnO ~ 4^6?8 mol. % in the melt, it is possible to obtain optically homogeneous and defect- free LiNbO3 : Zn crystals, having high resistance to optical damage. Keywords: lithium niobate crystal, melt, alloying, photoinduced light scattering, laser conoscope, threshold concentration, optical uniformity, defect-free crystals. Введение Монокристаллы ниобата лития, легированные цинком (LiNbO 3 : Zn), являются перспективным оптическим материалом с низким эффектом фоторефракции. Результаты исследования свойств кристаллов LiNbO 3 : Zn отражены в публикациях [1, 2]. Однако представленные в них данные часто не согласуются между собой. Одной из основных причин такого расхождения является то, что исследования выращенных кристаллов LiNbO 3 : Zn в большинстве работ осуществлялись без учета их предыстории: особенностей исходных компонентов шихты, метода синтеза шихты, способа легирования монокристалла, физико-химических особенностей расплава и ростовых условий. Зависимость физических характеристик монокристаллов ниобата лития от концентрации легирующего элемента часто имеет скачкообразный характер [1]. Такой вид концентрационной зависимости свойств получил название «концентрационный порог». Причем в общем случае в легированных кристаллах ниобата лития может быть несколько концентрационных порогов, в области которых характеристики расплава и выращенных из него кристаллов могут испытывать аномальное поведение. Необходимо отметить, что ранее не проводились подробные исследования структуры и физических свойств кристаллов LiNbO 3 : Zn с малым концентрационным шагом. В работе [1] исследованы кристаллы 618