Вестник Кольского научного центра РАН №2, 2021 г.

Введение Нелинейно-оптический кристалл ниобата лития (LiNbO3) является одним из широко при­ меняемых и востребованных функциональных материалов электронной техники, что во мно­ гом обусловлено успехами в исследовани­ ях оптимизации состояния его дефектности и практически значимых физических характе­ ристик. Ниобат лития, согласно диаграмме со­ стояния, является фазой переменного состава с широкой областью гомогенности, что позво­ ляет свободно варьировать отношение основ­ ных компонентов (R=Li/Nb) в кристалле [Сидо­ ров и др., 2003]. Для практического применения в качестве функциональных нелинейно-опти­ ческих материалов электронной техники ак­ туальны оптически высокосовершенные мо­ нокристаллы с низкими значениями эффекта фоторефракции и коэрцитивного поля. Выращивание композиционно однородных монокристаллов LiNbO 3 для промышленных целей осуществляется методом Чохральского из расплава конгруэнтного состава. Расплав ниобата лития, соответствующий составу конгруэнтного плавления, обеднен по литию, что оказывает влияние на нелинейно-оп­ тические свойства выращенного монокри­ сталла из-за его сильно развитой вторичной (дефектной) структуры. Наиболее важными точечными дефектами, влияющими на фото- рефрактивные и другие свойства кристалла, являются дефекты NbLi и возникающие в рам­ ках зарядовой компенсации дефекты VLi. Со­ гласно классическим подходам, повысить стойкость ниобата лития к повреждению ла­ зерным излучением, т.е. снизить концентра­ цию NbLi, можно путем легирования кристал­ ла металлическими «нефоторефрактивными» катионами Zn2+, Mg2+и др. [Сидоров и др., 2003; Черная и др., 2008]. Легирование нефоторефрактивными ка­ тионами в определенном диапазоне концен­ траций приводит к упорядочению катионной подрешетки кристалла (упорядочивающий механизм) и уменьшению в нем общего коли­ чества основных структурных дефектов NbLi, что положительно сказывается на снижении эффекта фоторефракции. При этом умень­ шение фоторефракции при изменении кон­ центрации легирующих металлов в кристал­ ле часто носит пороговый характер. Так при переходе концентрации цинка в кристалле через первый (=3.0 мол.% ZnO) и второй (=7.0 мол.% ZnO) концентрационные пороги эффект фоторефракции соответственно снижается с 3 .М 0 2 до 6.6-10 2 Вт/см 2 и с 7.1•Ю 2 до 9.8-10 2 Вт/см 2 [Сидоров и др., 2003]. При этом с повы­ шением концентрации примесей происходит разупорядочение структурных единиц кати­ онной подрешетки, а кристаллы отличаются повышенной дефектностью и пониженной композиционной однородностью [Сидоров и др., 2003; 2014]. В последние годы нами развивается новый подход, заключающийся в применении B 2 O 3 в качестве флюса при выращивании монокри­ сталлов LiNbOs:B из расплава конгруэнтного со­ става [Сидоров и др., 2016, 2018, 2020, 2021]. Как показали наши исследования, применение флю­ са B 2 O 3 позволяет одновременно реализовать две важные структурные и технологические задачи. Во-первых, кристаллы LiNbOs:B по отно­ шению R=Li/Nb и по упорядочению структурных единиц катионной подрешетки вдоль оси роста приближаются к кристаллам стехиометриче- ского состава. Во-вторых, использование флю­ са B 2 O 3 способствует снижению в кристаллах LiNbOs:B концентрации глубокой ловушки элек­ тронов (NbLi) благодаря комплексному влиянию на систему расплав-кристалл. С целью обобщения полученных ранее данных о влиянии флюса B 2 O 3 на систему кристалл-расплав, структурные особенности и оптические свойства кристаллов LiNbO 3 :B в данной работе выполнено обсуждение ре­ зультатов комплексного исследования кри­ сталлов LiNbO 3 :B (0.55-0.83 мол.% В 2 О 3 в шихте), выращенных с применением флюса B 2 O 3 , ме­ тодами спектроскопии комбинационного рас­ сеяния света, ИК-спектроскопии поглощения и компьютерного моделирования. Для подтверждения выдвинутой ранее ги­ потезы [Сидоров и др., 2018] о комплексовании примесных катионов металлов в расплаве конгруэнтного состава флюсом B2O3 осущест­ 17 Р.А. Титов, Н.В. Сидоров, Н.А. Теплякова, В.М. Воскресенский, И.В. Бирюкова, М.Н. Палатников rio.ksc.ru/zhurnaly/vestnik