Труды КНЦ. Технические науки. – 2026. - № 2

Введение Функциональные материалы на основе нелинейно-оптического монокристалла ниобата лития (LiNbO 3 ) широко используются в современной электронной промышленности для активно­ нелинейных лазерных сред, для преобразования и параметрической генерации частоты лазерного излучения, для оптических сенсоров, дефлекторов и др. [1]. На физические свойства материалов на основе кристалла LiNbO3 серьезное влияние оказывают многочисленные структурные дефекты, существующие в кристалле как в нестехиометрической кислородно-октаэдрической фазе переменного состава. Легирование LiNbO3 различными металлами представляет собой эффективный подход к управлению его оптическими, пьезо- и пироэлектрическими характеристиками путем изменения состояния дефектности [2]. Локализация легирующих элементов в структуре кристалла LiNbO3 отличается сложностью и многоаспектностью, затрагивает катионную и анионную подрешетки, существенно изменяет общее состояние дефектности кристалла. Значительное влияние на физические характеристики кристалла оказывают комплексные дефекты в виде гидроксильных групп ОН, формирующиеся в кристаллической решетке в процессе выращивания методом Чохральского в воздушной атмосфере. Гидроксильные группы ОН, в свою очередь, формируют сложные дефектные комплексы (Vu-OH, Nbbi-OH, Me-OH, Me-OH-Me), модифицируя нелинейные оптические и сегнетоэлектрические свойства [3]. Это сказывается на таких важных для практического применения характеристиках, как фотолюминесценция, темновая проводимость и фоторефрактивная чувствительность [1]. Введение редкоземельных и других трехвалентных катионов в кристаллы LiNbO 3 расширяет горизонты их использования в различных областях электронной техники. Так, легирование кристаллов LiNbO 3 катионами Eu3+ позволяет создавать лазеры непрерывного действия с излучением в красной области спектра [2], катионами Tb3+ в синей области [4]. Кристаллы LiNbO3 легированные эрбием, перспективны для создания лазеров, генерирующих излучение с длиной волны 1,55 мкм, то есть в области максимальной прозрачности кварцевых волноводов [5]. Кристаллы, легированные Gd3+, широко используются в качестве функциональных материалов для различных целей [1]. Цель данной работы — методом спектроскопии ИК-поглощения в области валентных колебаний атомов водорода гидроксильных групп ОН исследовать особенности локализации легирующей редкоземельной примеси в кристаллах LiNbO 3 :Er (0,97 мас. %) и LiNbO 3 :Gd (0,05 мас. %) и установить влияние этих особенностей на формирование комплексных дефектов, связанных с ОН -группами. М етоди ка исследований Кристаллы LiNbO 3 :Er (0,97 мас. %), LiNbO 3 :Gd (0,05 мас. %) были выращены на ростовой установке индукционного типа нагрева «Кристалл-2» в воздушной атмосфере методом Чохральского. Вытягивание кристалла из расплава осуществлялось в направлении полярной оси (001). Кристалл ниобата лития конгруэнтного состава ^і№Озконг, R = Li/Nb = 0,946), выбранный в качестве объекта сравнения, был получен из расплава конгруэнтного состава (R = 0,946). Для получения легированных эрбием и гадолинием монокристаллов LiNbO3 легирующие оксиды вводились в необходимом количестве в гранулированную шихту ниобата лития. Более подробное описание особенностей выращивания монокристаллов представлено в работе [6]. ИК-спектры кристаллов были зарегистрированы при одинаковых экспериментальных условиях неполяризованным инфракрасным излучением при комнатной температуре с помощью Фурье-спектрометра Nicolet 6700 (Thermo Fisher Scientific Inc., Hillsboro, OR, USA, 2010). Р е зу л ь т а ты и их обсуждение На рис. 1 представлены ИК-спектры поглощения кристаллов LiNbOзконг, LiNbO 3 :Er (0,97 мас. %), LiNbO 3 :Gd (0,05 мас. %). В спектре кристалла LiNbOзконг наблюдается разделение полосы поглощения на несколько компонентов с частотами 3467, 3480 и 3491см-1, соответствующих валентным колебаниям атомов водорода с разными квазиупругими постоянными связей (рис. 1). Поскольку кристаллы LiNbO3 были получены из расплава с конгруэнтным составом (R = [Li]/[Nb] = 0,946), то этот процесс приводит к формированию кристаллов с недостатком лития. Возникающий дефицит лития