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

фоторефрактивных свойств кристалла, плотности мощности, длины волны и времени воздействия на кристалл возбуждающего лазерного излучения. Величина фоторефрактивного эффекта определяет, насколько легко возбуждаются лазерно-индуцированные дефекты, рассеивающие свет. ФИРС — динамическое явление. Индикатриса ФИРС раскрывается не мгновенно, а в течение достаточно длительного времени. Время раскрытия индикатрисы ФИРС определяется величиной и особенностями диффузионного фотоэлектрического поля в кристалле. При этом форма индикатрисы ФИРС с течением времени в процессе её раскрытия меняется (см. рис. 1). В кристаллах LiNbO 3 разного состава время полного раскрытия индикатрисы ФИРС обычно составляет около 60 с. Но существуют легированные кристаллы LiNbO 3 , в которых время раскрытия составляет несколько секунд после воздействия на кристалл лазерного излучения. В полностью раскрытом виде индикатриса ФИРС имеет форму искажённой восьмёрки или овала (кометообразную) (см. рис. 1 ), при этом больший лепесток восьмёрки направлен вдоль положительного вектора кристаллографической оси Z (полярная ось), вдоль которой направлена спонтанная поляризация Р 8 , меньший лепесток направлен вдоль отрицательного направления o№ Z. ФИРС имеет многослойную структуру. В самом центре (собственно пятно лазерного луча в кристалле) располагается область, каждая точка которой рассеивает свет. По всему сечению этой области показатели преломления кристалла изменены полностью. Эта область называется первым слоем ФИРС [3]. Вокруг него образуется второй слой ФИРС, в этой области кристалла существуют стационарные лазерно-индуцированные дефекты, которые рассеивают свет всё время облучения. Третий слой ФИРС формируется ещё дальше от лазерного луча, лазерно-индуцированные дефекты в нём то возникают, то погасают, то есть флуктуируют. Таким образом, можно сказать, что слои ФИРС соответствуют разным степеням устойчивости лазерно-индуцированных дефектов. Конечно, они задаются расстоянием от лазерного луча: чем ближе слой, тем больше энергии он получает, тем более часто возбуждаются лазерно-индуцированные дефекты и тем более они устойчивы во времени. В реальности же слои проникают друг в друга. Например, стационарный лазерно-индуцированный дефект, относящийся ко второму слою ФИРС, может быть окружён со всех сторон флуктуирующими дефектами, которые формируют третий слой. Именно в разделении этих слоёв и состоит задача, решение которой мы представляем в этой статье. Монокристаллы ниобата лития уникальны ещё и тем, что их полезные свойства и их сочетания меняются путём варьирования технологических особенностей приготовления шихты, выращивания монокристаллов, а также изменением состава, в том числе и легированием. С точки зрения фоторефрактивных свойств легирующие компоненты могут как усиливать фоторефракцию (тогда это будут фоторефрактивные легирующие добавки), так и подавлять её (нефоторефрактивные). К первым относятся многозарядные катионы переходных металлов, например, Fe, Cu, ко вторым — Zn, Mg и др. Благодаря связи особенностей состояния дефектности кристалла LiNbO 3 , особенностей упорядочения его структурных единиц и особенностей формирования диффузионных фотополей в кристалле, ФИРС будет меняться, откликаясь на малейшие перестройки структуры, вызванные легированием и технологической предысторией. Ранее было показано, что возможно применить фрактальную геометрию к цифровому изображению ФИРС и получить сведения о перераспределении лазерно-индуцированных дефектов непосредственно во время раскрытия картины ФИРС [4]. Такая информация позволит более тонко определить связь разных структурных и технологических факторов с фоторефрактивными свойствами монокристаллов ниобата лития. Для этого требуется разделить цветное изображение ФИРС, полученное с помощью цифровой фотокамеры, на шесть уровней освещённости. Четыре самые светлые (или яркие) из них соответствуют трём слоям ФИРС и лазерному лучу. Именно во время цифрового разделения слоёв ФИРС [4] выяснилось, что картину ФИРС составляет ещё и остаточная мощность лазерного луча, которая после прохождения образца достигла выходной грани кристалла. После разделения каждый слой ФИРС и лазерный луч сохраняются отдельно и анализируется их фрактальная размерность. Однако сам процесс получения и разделения слоев «вручную» достаточно трудоёмкий. Подсчитано [5], что от начальной точки получения картины ФИРС до получения фрактальной размерности слоя для данной секунды облучения требуется 2 2 операции и 8 мин времени исследователя, который собирает данные сведения, к тому же эти операции и время зависят от человеческого фактора Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2024. Т. 15, № 1. С. 276-281. Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2024. Vol. 15, No. 1. P. 276-281. © Мануковская Д. В., Шевырев С. Л., Сидоров Н. В., 2024 278