Труды КНЦ (Технические науки вып.3/2023(14))

Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2023. Т. 14, № 3. С. 164-169. Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 3. P. 164-169. For citation: The calculation of nonlinear optical characteristics of LiNbO3:Zn:Mg crystals obtained by direct and homogeneous doping technologies / A. V. Kadetova M. N. Palatnikov, O. V. Tokko, A. I. Prusskii // Transactions of the to la Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 3. P. 164-169. doi:10.37614/2949- 1215.2023.14.3.030. Введение Кристаллы ниобата лития характеризуются высокими значениями нелинейно-оптических коэффициентов, что обусловливает их применение в качестве среды для генерации второй гармоники [1]. Многочисленные исследования были направлены на поиск путей подавления фоторефрактивного эффекта, который является лимитирующим фактором при использовании ниобата лития в нелинейной оптике [2]. Было показано, что легирование магнием и цинком приводит к заметному снижению фоторефрактивного эффекта [2, 3], однако практический интерес представляет введение в кристалл в различном концентрационном соотношении двух допирующих примесей, так как подобные сочетания открывают новые возможности в управлении нелинейно-оптическими свойствами кристаллов [4, 5]. Целью данной работы была теоретическая оценка эффективности преобразования второй гармоники в кристаллах, легированных одновременно двумя примесями — магнием и цинком. Кристаллы были получены по технологиям прямого и гомогенного легирования при схожих концентрациях примесей лабораторией материалов электронной техники ИХТРЭМС КНЦ РАН. Концентрации примесей в исследуемых кристаллах: в случае прямого легирования — 3,74:1,09 мол. % (Zn:Mg), гомогенного — 3,83:0 мол. % (Zn:Mg). Р езультаты исследований При прямом легировании примесь добавлялась в форме оксида металла в гранулированную шихту ниобата лития перед наплавлением тигля [6]. Гомогенное легирование проводилось путем ввода примеси в пентаоксид ниобия Nb2O5 на стадии его выделения из высокочистых ниобийсодержащих растворов [7]. Расчеты коэффициентов нелинейного оптического тензора второго порядка d j выполнялись методом , разработанным на основе теории диэлектриков J. C. Phillips и V. J. Van [8] и модели зарядовой связи B. F. Levine [9]. Для кристаллов ниобата лития (пространственная группа симметрии R3c) рассчитывались три независимых тензорных коэффициента: d 22 , d 31 и d33. Подробный расчет для кристаллов ниобата лития различного состава представлен в работах [10, 11]. Для расчетов необходимы знания о структурном состоянии кристаллов, в частности, значения периодов элементарной ячейки, межионные расстояния в октаэдрах LiO6 и NbO6. Структурные характеристики исследуемых кристаллов были получены методом рентгеновской дифракции. Рентгенограммы регистрировались на дифрактометре ДРОН-6 в монохроматическом СиКа-излучении в интервале углов рассеяния 2Ѳ от 5° до 145°. Уточнение структурных характеристик проводилось методом Ритвельда [12]. На рис. 1 приведены графические результаты уточнения для исследуемых образцов. Разностная кривая показывает степень несовпадения теоретической рентгенограммы и экспериментальной. На рис. 1 также приведены уточненные значения периодов, на рис. 2 приведены рассчитанные расстояния в кислородных октаэдрах LiO6 и NbO6. Квадратичная нелинейная восприимчивость кристалла dij , определяющая интенсивность второй оптической гармоники, описывается тензором третьего ранга и рассчитывается по формуле G jN b (0,5) ( z a )* + n (zB )* ( z a )* - n(zB )* f цf a )2 G N (25 - 1 ) 0 f : (x i )2 (1) 2 p + © Кадетова А. В., Палатников М. Н., Токко О. В., Прусский А. И., 2023 165