Труды КНЦ (Технические науки вып.1/2022(13))

Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2022. Т. 13, № 1. С. 103-107. Transactions of the to la Science Centre of r A s . Series: Engineering Sciences. 2022. Vol. 13, No. 1. P. 103-107. характеристик кристаллов их легируют различными примесями, что влияет на структурное состояние и, как следствие, на формирование присущих свойств [1, 2]. Авторами работы [3] было показано, что в кристаллах, легированных цинком, значительно подавляется эффект фоторефракции и такие материалы перспективны для использования в нелинейной оптике. В данной работе проводилась теоретическая оценка эффективности преобразования второй гармоники в кристаллах, легированных цинком (3,43-5,84 мол. %), а также анализ поведения нелинейно­ оптических (НЛО) восприимчивостей исследуемых кристаллов от концентраций цинка в кристалле. Кристаллы ниобата лития, легированные цинком (3,43-5,84 мол. %), выращивались методом Чохральского. Легирующая примесь добавлялась в форме оксида металла в гранулированную шихту ниобата лития перед направлением тигля. Образцы для исследований были предоставлены Лабораторией материалов электронной техники Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева Кольского научного центра Российской академии наук. Подробно методика приготовления шихты и выращивания кристаллов разного состава описана в работах [4, 5]. Расчёты коэффициентов нелинейного оптического тензора второго порядка d j проводились методом, разработанным на основе теории диэлектриков Филлипсона и Ван-Ветхена и модели зарядовой связи Левина [6, 7] с использованием данных о кристаллографической структуре (расстоянии между атомами в кислородном многограннике, периодах и объёме элементарной ячейки). Структурные исследования для данных кристаллов приведены в работе [8]. Было показано, что нелинейно-оптические свойства зависят от длин связей Nb-O, Li-O в соответствующих октаэдрах и суммарное значение восприимчивости может быть рассчитано как сумма вкладов уцдля связей различных типов [7]: х = Х ^ х ц = Т . ц М Х , (1) где уц— суммарная макроскопическая восприимчивость, которую имеет кристалл, в котором все связи типа ц; F — доля связей типа ц в данном кристалле; у цъ — восприимчивость одной связи типа ц; N^b — число связей на кубический сантиметр. Квадратичная нелинейная восприимчивость кристалла dij , определяющая интенсивность второй оптической гармоники, описывается тензором третьего ранга и рассчитывается по формуле: ГЛ ! + n (Z Bj j [ „Ц, Ц-.7 u u G ijN b (0'5))[ (z ^ * _ n(z^ * l ( /; (Xb> g £ < s (2 s -1 ) 2 f c (X b ) 2 P ^ ( (2) где G^j — геометрический вклад связей типа ц, различие в размерах атомов рц = (г^ — Гд)/(Гд + г^); и Гд — ковалентные радиусы атомов A и B ; г0ц — средние значения радиусов атомов A и B, А ; — радиус ядра и = 0,35гоц; дц— заряд ц-й связи; Z^, Zg — число эффективных валентных электронов. Ниобат лития LiNbO 3 (точечная группа симметрии 3m) имеет три независимых нелинейных коэффициента d 311 ~ dm , d 333 , d 222 , допускаемых симметрией кристаллической решетки и условиями симметрии Клейнмана. Подробное описание методики расчёта для кристаллов ниобата лития как номинально чистого состава, так и легированных различными примесями приведено в работах [9, 10]. При расчёте для легированных кристаллов необходимо учитывать модель расположения примеси, искажения структуры при внедрении примеси, валентность и эффективный радиус примесного атома. В работе [8] было показано, что атомы Zn2+ занимают вакантные позиции лития в структуре, при замещении лития цинком появляются вакансии для сохранения условия электронейтральности кристалла. Для облегчения расчётов формулу кристаллов LiNbO3 : Zn записываем как Li1_xZnx/2NbO3, формально мы будем рассматривать наши кристаллы как бинарную смесь (1-х)( LiNbO3) и (x/ 2 )(ZnNb 2 O 6 ). Проводим расчёты для LiNbO3 и ZnNb 2 O 6 отдельно, а затем комбинируем полученные результаты. Это оправдывается очень близкими ионными радиусами катионов Li+ и Zn2+. Граф структурной единицы ZnNb 2 O 6 будет сложнее, чем для номинально чистого кристалла (рис. 1). Г © П алатников М. Н., Кадетова А. В., Сидорова О. В., П етрова С. В., 2022 104