Вестник Кольского научного центра РАН. 2016, №4.

Таким образом, при легировании катионами, обладающими указанными выше характеристиками, в определенном диапазоне сравнительно малых концентраций (~ 0.02-0.5 мас. %) упорядочение катионной подрешетки монокристалла ниобата лития существенно возрастает [12, 13]. При этом заметно возрастает стойкость кристалла к фотоиндуцированному изменению показателя преломления. На рис. 3 приведены фрагменты спектров КРС в области колебаний кислородных октаэдров легированных кристаллов ниобата лития конгруэнтного состава. В этом диапазоне в спектре реальных кристаллов ниобата лития в геометрии рассеяния X(ZX)Y наблюдаются две интенсивные линии — 580 см-1Е(ТО) и 635 см-1 А1(ТО). Причем линия 635 см-1 А1(ТО) запрещена для данной геометрии рассеяния и проявляется в спектре вследствие фоторефракции. Эффект уменьшения интенсивности линии с частотой 635 см-1 свидетельствует о понижении фоторефракции при легировании кристалла и хорошо коррелирует с обнаруженным нами упорядочением катионной подрешетки вдоль полярной оси для этого диапазона концентраций легирующих примесей. Именно в этом диапазоне концентраций примесей наблюдаются наиболее заметное расщепление на два компонента (линии с частотами 103 и 117 см-1) линии в области 100-150 см-1, обусловленной рассеянием света на двухчастичных акустических фононах, и заметное уменьшение ширин некоторых фундаментальных линий КРС, свидетельствующие об упорядочении структуры. Таким образом, фоторефракция минимальна в кристаллах ниобата лития, отличающихся повышенным структурным упорядочением катионов вдоль полярной оси. Этот факт может свидетельствовать об уменьшении количества заряженных структурных дефектов при увеличении степени структурного совершенства кристалла. Наоборот, фоторефракция возрастает, когда при увеличении концентрации внедряющиеся примеси не только увеличивают разупорядочение катионной подрешетки, но и деформируют кислородный каркас кристалла, что, соответственно, приводит к увеличению интенсивности линии 635 см-1 (рис. 3, а, б, в) и уширению линий, соответствующих фундаментальным колебаниям кислородных октаэдров. При этом количество заряженных структурных дефектов, очевидно, возрастает. Таким образом, в упорядоченных кристаллах, отличающихся меньшим количеством заряженных дефектов, при освещении кристалла возникает меньшее число фотоэлектронов, которые захватываются в дальнейшем на глубокие ловушки. Соответственно, меньше становятся нескомпенсированные электрические поля, влияющие на показатель преломления, и уменьшается фоторефрактивный эффект. С другой стороны, в работе [15] установлено, что нефоторефрактивные примеси (Mg2+, Gd3+, Zn2+, B3+) в ниобате лития могут образовывать мелкие электронные ловушки, например, «комплекс Мg+», который представляет собой ион Мg2+на месте Li+ с делокализованным на ряде окружающих ионов электроном [16]. При этом заметно снижается фоторефрактивный эффект за счет повышения эффективности излучательной рекомбинации фотовозбужденных носителей без их захвата на глубокие уровни. Эффективность такой рекомбинации в значительной степени определяет интенсивность люминесценции в таких легированных кристаллах. В экспериментах авторов настоящей статьи использование катодного возбуждения позволило получить интенсивность свечения ниобата лития существенно большую, чем, например, при возбуждении УФ-светом, что облегчило получение более определенных данных о влиянии состава образца на интенсивность люминесценции. Спектральное распределение катодолюминесценции кристаллов LiNbОз : Gd различного состава см. на рис. 4. На спектральных кривых выделяется пик с максимумом в области энергий ~ 2.5 эВ (подобный пик наблюдался и в работе, исследовавшей кристаллы LiNbО3 : Мg и LiNbО3 [15]). Причем наибольшая интенсивность люминесценции наблюдается для образца с концентрацией гадолиния ~ 0.05 мас. %, в спектре КРС которого минимальна интенсивность «запрещенной» в геометрии X(ZX)Y линии с частотой 635 см-1 (рис. 3, б) и, следовательно, минимальна фоторефракция. Таким образом, монокристаллы, характеризующиеся более упорядоченным расположением катионов вдоль полярной оси, обладают максимальной интенсивностью люминесценции и повышенной стойкостью к фотоиндуцированному изменению показателя преломления. Следовательно, между Особенности оптических характеристик монокристаллов ниобата ли ти я . 104 http://www.kolasc.net.ru/russian/news/vestnik1.html