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

концентрацию цинка, для которой степень дефектности кристалла приближалась к степени дефектности стехиометрического кристалла [5]. Однако фрактальная размерность может быть достоверно посчитана только для двумерных черно-белых изображений, тогда как картина ФИРС кристаллов ниобата лития является монохромной (зеленый и черный), но сложной для такого анализа. Вследствие этого требуется выявить алгоритм выделения слоев ФИРС для их последующего фрактального анализа. В данной работе картины ФИРС кристаллов LiNbO 3 : Zn 0,018-0,88 мас. % и картина кругового рассеяния света кристалла LiNbO 3 : Zn 2,05 мас. % были проанализированы с точки зрения распределения количества пикселей с определенным уровнем освещенности, чтобы выявить закономерности и определить области с одинаковой динамикой изменения количества пикселей. Монокристаллы LiNbO 3 : Zn отличаются низкими эффектом фоторефракции и величиной коэрцитивного поля и перспективны как оптические материалы для преобразования когерентного и широкополосного излучений [ 1 ]. Методика эксперимента Кристаллы ниобата лития конгруэнтного состава, легированные цинком по методу прямого легирования, выращены по единой технологии методом Чохральского из конгруэнтного расплава. Подробно методика роста кристаллов, легирование цинком и приготовление шихты описаны в [ 6 ]. Кристаллические образцы имели форму прямоугольных параллелепипедов размерами 7 х 6 х 4 мм с ребрами, совпадающими по направлению с кристаллофизическими осями X, Y, Z, где Z — полярная ось кристалла. Грани параллелепипедов тщательно полировались. ФИРС и круговое рассеяние света возбуждалось излучением лазера “MLL-100” на Y:Al-гранате (X 0 = 530 нм, Р = 110 мВт). Лазерный луч направлен вдоль оси Y, а вектор напряженности Е электрического поля лазерного излучения параллелен полярной оси Z кристалла. В такой геометрии рассеяния эффект фоторефракции наиболее ярко выражен [7]. Рассеянное кристаллом излучение падало на полупрозрачный экран, размещенный за кристаллом, и регистрировалось цифровой фотокамерой на заданной секунде облучения. Результатом были изображения (фотографии) картин ФИРС и кругового рассеяния света в формате .jpg. При такой схеме эксперимента спекл-картина на полупрозрачном экране является суперпозицией спекл-структуры собственно ФИРС и спекл-структуры когерентного излучения, рассеянного на других оптических элементах установки (например, крае выходного зеркала лазера). Однако интенсивность ФИРС в фоторефрактивном кристалле LiNbO 3 существенно больше интенсивности рассеянного когерентного излучения, поэтому его вкладом в общий результат можно пренебречь. Каждый кадр полученной спекл-картины ФИРС и кругового рассеяния света в программе GIMP 2.6.12 переводился в режим оттенков серого. Таким образом мы избегали изменений, вносимых при сжатии цифровой информации и добивались достоверной картины распределения освещенности каждого пикселя. Далее программа Image Pro Plus 6.0 считала количество пикселей данного уровня освещенности, эквивалентного определенному оттенку серого (всего 256 оттенков). Таким образом, строилась количественная зависимость пикселей данного уровня освещенности I (оттенка серого), где 0 соответствовало отсутствие освещенности (полностью черный пиксель), а 255 — полное освещение (белый пиксель). Так как абсолютные значения количества пикселей каждого оттенка серого сильно зависят от размера и формы ФИРС для каждого кристалла, то результат был нормирован на 1 , где наибольшее значение в каждом графике было принято за 1 . Результаты и обсуждение На рисунке 1 представлены нормированные зависимости на 240 с облучения для кристаллов LiNbO 3 : Zn (0,018-2,05 мас. %). Все зависимости имеют шесть областей, на которых характер поведения кривой похож для разных кристаллов ниобата лития. Стоит отметить, что для кристалла LiNbO 3 : Zn 2,05 мас. % при данной мощности возбуждающего излучения не наблюдается раскрытия ФИРС и появляется только круговое рассеяние света. Однако график зависимости уровней освещенности четко показывает, что на нем присутствуют те же области, что характерны для картин ФИРС других исследованных кристаллов. Рисунок 2, а демонстрирует, каким областям картины ФИРС и кругового рассеяния света соответствуют области на рис. 1. Для наглядности была выбрана картина ФИРС кристалла LiNbO 3 : Zn 0,52 мас. %, так как индикатриса рассеяния раскрывается для этой концентрации цинка в кристалле ниобата лития наиболее полно (рис. 2 ). Область освещенности 5 соответствует неосвещенному краю картин фотоиндуцированного и кругового рассеяния света кристаллов LiNbO 3 : Zn (0,018-2,05 мас. %) — рис. 1, 2. Пиксели этой области изображений имеют наименее темные оттенки серого, так как хуже всего освещены, им соответствуют значения I = 0-40 (рис. 1). В этой области на рис. 1 для всех исследованных кристаллов наблюдается очень интенсивный максимум сложного строения. Таким образом, наибольшее количество пикселей на изображении занимает неосвещенный край, который не несет в себе информации о процессах, происходящих в ФИРС. Область освещенности 4 на рис. 1 занимает уровни освещенности, соответствующие оттенкам серого I = 41-80. На всех кривых распределения количества пикселей по оттенкам присутствует один небольшой максимум. Этот уровень освещенности располагается на изображении ФИРС на границе неосвещенного края и непосредственно ФИРС. Он возникает из-за того, что третий слой ФИРС освещает некоторую область кристалла вокруг себя, но в этой области уже недостаточно энергии для возбуждения фотоиндуцированных дефектов. 674