Труды КНЦ (Технические науки вып. 1/2024(15))

Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2024. Т. 15, № 1. С. 201-206. Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2024. Vol. 15, No. 1. P. 201-206. Анализ дефектной структуры кристаллов ниобата лития включает в себя установление моделей расположения собственных и примесных дефектов, искажений, возникающих в области данных дефектов, а также степени искажения кислородных октаэдров LiOe, NbOe, образовывающих основной мотив структуры. Полученные данные используются для расчёта коэффициентов нелинейно оптического тензора второго порядка методом, разработанным Б. Ф. Левиным [B. Levine], Дж. С. Филлипсом [J. C. Phillips] и Ю. А. Ван Вехтеном [J. A. Van Vetchen] [8-10]. Квадратичная нелинейная восприимчивость кристалла dij рассчитывается по формуле [9] где # — межионное расстояние, G ; — геометрический вклад связей типа ц; различие в размерах атомов рц= ( Гд - r£ )/(Гд + г£ ), r£ и — ковалентные радиусы атомов A и B; г0; — средние значения радиусов атомов A и B в А; гс; — радиус ядра, равен 0,35 г0; ; q^ — заряд ц-й связи; Z £ , Z £ — число эффективных валентных электронов; N £ — число связей на 1 см3; %; — восприимчивость одной связи типа ц; f ; — доли ионности, f c; — ковалентности отдельных связей типа ц. При расчётах по формуле (1) для кристаллов ниобата лития рассматривается вклад в dij длинных и коротких связей Li-O, Nb-O в октаэдрах LiOe и NbOe. В случае легирования необходимо учитывать модель расположения примеси, искажения структуры при внедрении примеси, валентность и эффективный радиус примесного атома. Для облегчения расчётов мы будем рассматривать наши кристаллы как смесь (1 - x)(LiNbO 3 ) и (x/ 3 )(Me 3 +Nb 3 O 9 ), x — концентрация Me3+ (легирующая примесь). Суммарные значения dij по всем связям рассчитываются с учётом концентраций примесей и заселённостей позиций лития и ниобия: Подробный расчёт для кристаллов ниобата лития различного состава приведён в работах [11, 12]. На примере образца LiNbO 3 :Lu (Св = 0 , 2 мол. %) представлена подробная информация о структурном состоянии исследуемого кристалла, полученная методом Ритвельда, в частности, указаны уточнённые значения координат (x/a, y/b, z/c) атомов Li, Nb, О, NbLi (собственный дефект) и LuLi (примесный дефект), коэффициенты заселённости соответствующих позиций, параметры элементарной ячейки, рассчитанные расстояния Me-O в кислородных октаэдрах NbOe, LiOe, LuuOe, NbuOe и дисперсии углов (табл. 1), а также представлены рассчитанные значения нелинейно-оптических коэффициентов для связей Me-O в октаэдрах и суммарные значения Е dij для соответствующих направлений. Примесь (Lu) занимает позицию лития в структуре LiNbO 3 , при этом степень искажения октаэдра L u lO увеличивается (см. табл. 1). В остальных исследуемых образцах, легированных малой концентрацией РЗЭ, примеси также занимали позиции лития в структуре ниобата лития. В кристалле LiNbO 3 :Lu наблюдается заметное увеличение коэффициента d 33 по сравнению с таковым для кристалла стехиометрического состава: -55,1022 •10 -9 см/статВ. Добавление небольшой концентрации лютеция приводит к увеличению эффективности преобразования второй гармоники. ( 1 ) £ d j = ( 1 - * ) Е d j ( Ь і К Ъ Ѳ з ) + X £ d j ( Ь і К Ъ з Ѳ 9 ) . ( 2 ) Таблица 1 © Кадетова А. В., Токко О. В., Палатников М. Н., Куликовская И. И., Чистякова С. А., 2024 203