Труды КНЦ (Технические науки вып.1/2023(14))

4o.makarova@ksc.ru, https://orcid.org/0000-0002-3310-8830 5n.tepliakova@ksc.ru 6i.biriukova@ksc.ru 7s.masloboeva@ksc.ru, https://orcid.org/0000-0001-9954-8479 8ttyc9@mail.ru Abstract Aseries of six LiNbO3:Tb ([Tb] = 0.1 —2.89 wt%) crystals and seven LiNbO3:Er ([Er] = 0.08-2.71 wt%) crystals were grown according to a single methodology. Optical uniformity and optical resistance were compared in LiNbO3:Tb and LiNbO3:Er of various chemical composition. The periods of the crystal lattice were determined by the methods of a full -profile analysis of the XRD patterns of polycrystals; models of the atomic structure of LiNbO3:Tb and LiNbO3:Er crystals were analyzed with a change in the dopant concentration. In a series of LiNbO3:Tb crystals, a concentration threshold near the concentration of terbium ~ 2.2 — 2.3 wt% was discovered for the first time. A concentration threshold near the concentration of erbium ~ 2.4 — 2.5 wt% was discovered in LiNbO3:Er. In the area of the concentration threshold, pronounced anomalies of physicochemical, optical and structural characteristics are observed. Growth irregular and regular domain microstructures were revealed in as-grown LiNbO3:Tb and LiNbO3:Er crystals by optical and atomic force microscopy. Structural characteristics and threshold effects are studied in LiNbO3:Gd and LiNbO3:Gd,Cu crystals by Raman spectroscopy, PILS, laser conoscopy and optical microscopy. In LiNbO3:Gd crystals the photorefractive effect is suppressed at as lowconcentration as [Gd] = 0.05 wt%. For LiNbO3:Gd,Cu crystals a distinct photorefractive response is observed, it increases with increasing Cu concentration. The effect of the association of defects (carriers) is experimentally confirmed and thermodynamically justified by the example of oxygen-octahedron structures such as perovskite and pseudoi:lmental during ion conduction in a certain temperature interval. The discovered phenomenon is extremely important for creating and evaluating the temperature range of operability of ion current sources. Keywords: lithium niobate, crystals, structure, doping, threshold effects, ionic conductivity Acknowledgments: the article was made with the support of the federal budget on the topic of the state task for. Tananaev Institute of Chemistry — Subdivision of the Federal Research Centre “Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences” No FMEZ-2022-0016. For citation: Investigation of the properties of single and double doped lithium niobate single crystals — functional materials of optoelectronics / M. N. Palatnikov [et al.] // Transactions of the Коіа Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 1. P. 69-73. doi:10.37614/2949-1215.2023.14.1.012 Кристаллы ниобата лития (LiNbOs) обладают удачным сочетанием оптических, пироэлектрических, пьезоэлектрических характеристик. Это один из самых известных и востребованных функциональных материалов, имеющий порядка 80 различных приложений [1-5]. Важнейшим потребителем номинально чистых и легированных кристаллов ниобата лития ( L iNbO 3 ) являются фирмы, производящие комплектующие для телекоммуникационного оборудования, для которых особенно важным является использование оптических материалов с контролируемыми оптическими свойствами, в частности, с высокой оптической однородностью и стойкостью к оптическому повреждению. Исследования оптически нелинейных кристаллов для генерации и преобразования лазерного излучения в настоящее время успешно развиваются. Особый интерес вызывают легированные лантаноидами активно-нелинейные кристаллы LiNbO3, которые сочетают в себе активные (лазерные) свойства и нелинейно-оптические свойства матрицы- основы. В таких кристаллах возможно осуществление процессов самопреобразования частоты лазерной генерации, когда в одном кристалле одновременно происходят лазерная генерация излучения на определенной частоте и нелинейно-оптическое преобразование этой частоты [1, 6]. Влияние легирующего катиона на свойства кристаллов LiNbO 3 носит скачкообразный характер [5], что определяется термином «концентрационный порог» (КП). При этом осуществляется такая перестройка структуры кристалла LiNbO 3 , при которой пространственная группа симметрии его элементарной ячейки не изменяется даже при концентрациях легирующих добавок, превышающих пороговые значения. При изменении состава расплава изменяется преимущественно дефектная структура кристалла LiNbO3, связанная с формированием кластеров структуры, точечных собственных и примесных структурных дефектов. Исследование изменения дефектной структуры кристалла ниобата лития при изменении состава представляет несомненный интерес, поскольку именно ее состояние в значительной степени определяет особенности нелинейно -оптических характеристик и стойкость Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2023. Т. 14, № 1. С. 69-73. Transactions of the Kala Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 1. P. 69-73. © Палатников М. Н., Сидоров Н. В., Сандлер В. А., Макарова О. В., Теплякова Н. А., Бирюкова И. В., Маслобоева С. М., Кадетова А. В., 2023 70