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

Легирование кристаллов ниобата лития редкоземельными элементами (РЗЭ) также представляет значительный интерес, такие кристаллы обладают возможностью лазерной генерации на активных ионах РЗЭ и возможностью самоудвоения частоты лазерного излучения [4]. В частности, кристаллы ниобата лития, легированного эрбием (LiNbO 3 ), играют важную роль в оптических приложениях, например, используются в качестве активного материала для реализации лазерных источников оптического излучения и усилителей сигнала в волоконно-оптических линиях связи. В ранних работах включение эрбия в ниобат лития достигалось в основном методом локального легирования, таким как ионная имплантация, термическая диффузия из тонких пленок, ионный обмен. Локальное легирование имеет много недостатков, поскольку оно может быть реализовано только в областях, близких к поверхности, максимально достижимое содержание эрбия при этом ограничено. Легирование ниобата лития при выращивании монокристаллов методом Чохральского позволяет достичь значительно более высоких уровней содержания легирующей примеси при сохранении высокого качества кристаллов [5]. В то же время известно, что оптические свойства легированных кристаллов сильно зависят не только от вида примеси, но и от ее концентрации, влияющей на количество собственных дефектов и механизм вхождения примеси в решётку кристалла [ 6 ]. Целью данной работы является исследование условий получения серии монокристаллов LiNbO 3 : Zn : Er с постоянным содержанием эрбия и различным содержанием цинка, исследование их оптических и акустических свойств. При получении серии монокристаллов ниобата лития, легированного эрбием и цинком, использовался комбинированный метод легирования: первый компонент, эрбий, вводился на стадии получения шихты, второй компонент, цинк, вводился непосредственно перед выращиванием монокристалла в виде оксида. Методом твердофазного синтеза — грануляции из смеси Nb 2 O 5 + ЕГ 2 О 3 + Li 2 CO 3 — была получена легированная шихта LiNbO 3 : Er конгруэнтного состава, которая являлась основой для выращивания монокристаллов LiNbO 3 : Er : Zn. Концентрацией эрбия в шихте по данным рентгенофлуоресцентного анализа составляла 0,93 мас. %. Цинк добавлялся к сплаву и шихте LiNbO 3 : Er в виде оксида ZnO марки «ОсЧ», предварительно прошедшего термическую обработку при 650 °С в течение 5 ч. Потери веса при прокаливании составляли 2,4 %. Первый монокристалл был выращен из шихты LiNbO 3 : Er без добавления оксида цинка. Далее была получена серия из четырех монокристаллов ниобата лития, легированных эрбием и цинком (рис. 1). Легирование производили от меньшей концентрации Zn в расплаве (2,4 мас. %) к большей (до 3,16 мас. % Zn) с шагом легирования 0,3 мас. %. Монокристаллы LiNbO 3 : Er : Zn диаметром 30 мм были выращены в направлении [001] методом Чохральского из платиновых тиглей диаметром 80 мм в воздушной атмосфере на установке индукционного типа «Кристалл-2», оснащенной тиристорным генератором. Конструкция теплового узла обеспечивала температурный градиент на границе раздела фаз 3 град / мм и протяженную изотермическую область с температурой 1210 °С в зоне послеростового отжига монокристалла. Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2022. Т. 13, № 1. С. 90-95. Transactions of the to la Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2022. Vol. 13, No. 1. P. 90-95. Рис. 1. Монокристаллы LiNbO3 : Er, LiNbO3 : Er : Zn © Еф ремов И. Н., Бирю кова И. В., Кравченко О. Э., Палатников М. Н., 2022 91