Вестник Кольского научного центра РАН. 2017, №2.

Л. А. Бобрева, Н. В. Сидоров, С. М. Маслобоева, М. Н. Палатников, Н. Н. Новикова Введение В настоящее время актуально получение высокосовершенных оптических материалов с низким эффектом фоторефракции на основе нелинейно-оптического монокристалла ниобата лития (LiNbO3). Монокристаллы LiNbO3, выращенные в воздушной атмосфере, всегда содержат в своей структуре водород [1]. Водород в структуре кристалла LiNbO3 образует примесный гидроксильный комплекс OH-, который существенно влияет на физические характеристики материалов: повышает проводимость, понижает эффект фоторефракции (optical damage) и величину коэрцитивного поля [2]. Концентрацию OH-групп в кристаллах LiNbO3 можно изменять путем нагрева в соответствующей атмосфере [1]. Представляет интерес исследование поведения гидроксильных групп в кристалле LiNbO3 в зависимости от концентрации и типа легирующей добавки. Ввиду малой концентрации в кристалле ОН-групп наиболее просто их поведение можно исследовать по ИК-спектрам поглощения [1, 2]. Впервые о наличии линии с частотой приблизительно 3480 см-1 в спектре ИК-поглощения LiNbO3, в области валентных колебаний OH-групп, сообщалось в работе [3]. Легирующие добавки в небольшом количестве, такие как многозарядные «фоторефрактивные»* катионы переходных металлов, например катионы Fe, присутствующие в монокристаллах LiNbO 3 , не изменяют спектра ИК-поглощения в области валентных колебаний водородных связей [4]. В то же время легирование магнием и другими катионами с постоянной валентностью («нефоторефрактивными» катионами), особенно при концентрациях вблизи пороговых значений, вызывает значительное изменение основных параметров линий в колебательном спектре, в том числе соответствующих валентным колебаниям ОН-групп [5]. Причем сдвиг частот валентных колебаний ОН-групп происходит в высокочастотную область [5]. Обзор исследований ИК-спектров поглощения в области валентных колебаний ОН-групп в кристаллах LiNbO 3 разного состава выполнен в работах [6-11]. В данной работе в области валентных колебаний ОН-групп исследован спектр ИК- поглощения монокристалла двойного легирования «нефоторефрактивными» и «фоторефрактивными» катионами LiNbO3:Mg (5,05 мол. % ):Fe (0,009 мол. %), перспективного в качестве нелинейно-оптического материала с низким эффектом фоторефракции. Методика эксперимента Выращивание монокристалла LiNbO3:Mg (5,05 мол. %):Fe(0,009 мол. %) производилось методом Чохральского в воздушной атмосфере. Для получения легированной шихты использовался метод гомогенного легирования прекурсора Nb2O5 [12]. Этот метод позволяет получать шихту высокого качества с однородным распределением легирующей добавки по объему выращенной були, в том числе при высоких концентрациях и при концентрациях вблизи пороговых значений. Прекурсор Nb2O5:Mg:Fe получали при экстракционной переработке фторидно-солянокислых Nb-содержащих растворов [13, 14]. По данным спектрального анализа, концентрация примесных элементов в прекурсоре составила, мас. %: Mo, Zr, Al, Ti, Co < 5 10-4; Mn, Ni, Cu, V < 1 1 0 -4; Cr, Pb, Sn < 3 1 0 -4; Ca < 1 1 0 -3; Si — 1 -2 1 0 -4, Fe — 2 - 5 1 0 -3. Легирующую примесь Mg вводили в высокочистый реэкстракт в виде MgO, примесь Fe в заданном количестве уже присутствовала в реэкстракте, полученном после экстракционной переработки исходного раствора. Прекурсор Nb2O5:M g :Fe после термической обработки при температуре 1250 °С, использовали для синтеза монофазной гранулированной шихты LiNbO3 по *«Нефоторефрактивные» легирующие катионы (Zn, Mg и др.), в отличие от многозарядных «фоторефрактивных» катионов (Fe, Rh и др.), не являются донорами электронов, поскольку они не изменяют свое зарядовое состояние в кристалле под действием оптического излучения. 34 http://www.kolasc.net.ru/russian/news/vestnik1.html