Труды КНЦ вып.4(ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ) вып. 3/2020(11)

Введение Сегнетоэлектрический фоторефрактивный кристалл iiNbO 3 характеризуется высоким значением спонтанной поляризации, наличием множества собственных и примесных ловушек электронов различного характера, большими значениями напряженности фотоиндуцированных электрических полей, оказывающих значительное влияние на особенности прохождения лазерного излучения через кристалл [1-4]. Преимущественным механизмом фоторефракции в кристалле iiNbO 3 является фотовольтаический механизм, т. е. значение фотовольтаического поля (E pV ) значительно больше значения диффузионного поля ( E D ) [2]. Регулирование величины эффекта фоторефракции обычно осуществляется путем легирования кристалла iiNbO 3 катионами различных металлов, способными встраиваться в кислородные октаэдры структуры [2, 3], или путем легирования шихты неметаллическими катионами, не способными встраиваться в кристаллическую структуру, но существенно изменяющими физические характеристики расплава и, соответственно, физические характеристики кристалла [5]. При этом «нефоторефрактивные» металлические катионы (Zn, Mg, Er и др.), в отличие от многозарядных «фоторефрактивных» катионов (Cu, Fe и др.), усиливающих эффект фоторефракции, не изменяют свое зарядовое состояние в кристалле (не являются донорами электронов) под действием лазерного излучения. Следствием фоторефрактивного эффекта является релеевское фотоиндуцированное рассеяние света (ФИРС), происходящее на статических и динамических (флуктуирующих) дефектах с измененным показателем преломления, наведенных лазерным излучением [4, 6, 7]. При этом значение электрооптического эффекта определяет значение угла 0 раскрытия индикатрисы ФИРС в кристалле [6, 7]. В работе [4] принципиально показано, что анализ углового распределения интенсивности фотоиндуцированного рассеяния света позволяет экспериментально оценивать фотовольтаическое и диффузионное поля в кристалле iiNbO 3 . В данной работе исследовано изменение интенсивности спекл-структуры индикатрисы ФИРС в зависимости от состава кристалла и концентрации легирующего элемента в номинально чистых стехиометрическом (Ы№О 3с-1ех. (6 мас. % K 2 O)) и конгруэнтном (LiNbO зконг. ) кристаллах ниобата лития, в конгруэнтных кристаллах iiNbO 3 , легированных цинком. Эксперимент Кристаллы выращивались в воздушной атмосфере методом Чохральского на установке «Кристалл-2», снабженной системой автоматического весового контроля, позволяющей выращивать кристаллы с достаточно воспроизводимыми характеристиками. Номинально чистый кристалл конгруэнтного состава (LiNbO зконгр. ) был выращен из шихты конгруэнтного состава. Кристаллы iiNbO 3 : Zn были получены методом прямого твёрдофазного легирования из расплава конгруэнтного состава [8]. Кристаллы LiNbO зстех. (6 мас. % K 2 O) выращивались из конгруэнтного расплава с флюсом 6 мас. % K 2 O. Монодоменизация кристаллов осуществлялась методом высокотемпературного электродиффузионного отжига при охлаждении образцов со скоростью 20 град/ч в температурном интервале от ~ 1240-890 °С в условиях приложения постоянного электрического напряжения. Контроль степени монодоменности осуществлялся методом анализа частотной зависимости электрического импеданса и путем определения величины статического пьезомодуля ( ^ 333ст ) кристаллической були. Образцы для исследования вырезались из монодоменизированных кристаллов в форме прямоугольных параллелепипедов, ребра которых совпадали по направлению с кристаллофизическими осями X , Y , Z ( Z — полярная ось кристалла). Грани параллелепипедов тщательно полировались. Регистрация ФИРС осуществлялась с помощью установки, подробно описанной в работах [9 ­ 11]. Для возбуждения ФИРС использовалась линия генерации аргонового лазера фирмы Spectra Physics (модель 2018-RM): 514,5 нм ( P = 282 мВт), 532,0 нм ( P = 160 мВт). Диаметр лазерного пучка составлял 1,8 мм. Во всех случаях геометрия эксперимента была такой, чтобы регистрировалось ФИРС ее -типа [9-11], т. е. падающее на кристалл возбуждающее лазерное излучение и рассеянное излучение имеют одну и ту же поляризацию, при этом вектор Е ориентирован параллельно полярной оси кристалла (ось Z ). При таком взаимном расположении оси Z кристалла и вектора E возбуждающего излучения сечение ФИРС в кристалле ниобата лития является наиболее интенсивным [9-11] и представляет собой асимметричную «восьмерку» или эллипс, вытянутые вдоль полярной оси кристалла (рис.). Данная геометрия рассеяния позволяет более точно определять фотоэлектрические поля по сравнению с другими геометриями рассеяния, ранее используемыми в работах [9-11]. В начальный момент фотодиод устанавливался в центральной области картины 44