Введение к работе
Актуальность. Ниобат лития занимает особое место в ряду кристаллов, спользуемых в оптоэлектронике для эффективной широкополосной модулями, отклонения, коммутации, частотного преобразования световых пучков, ілагодаря ряду уникальных оптических, электрооптических и других свойств. Цирокое применение кристаллов ниобата лития в оптоэлектронике выдвигает юобые требования к его оптическому качеству, поэтому большой иіпгерес, как > научном, так и в практическом плане представляет собой исследование опти-геской однородности ниобата лития.
Комплекс оптических свойств кристаллов ниобата лития (НЛ) связан с их іеапьной структурой. Термин "реальная структура кристалла" охватывает сотав кристалла, наличие примесей, дефектную структуру.
Кристалл LiNbOs вытягивают из расплава по методу Чохральского. 06->азцы получаемые таким способом, как правило, являются конгруэнтными Li/Nb «0,94), а не стехиометричными (Li/Nb=i). Получение монокристаллов шобата лития с соотношением Li/Nb=l является достаточно сложной задачей, t потому и свойства таких кристаллов не изучены подробно. Одним из спосо-Зов получения кристаллов состава близкого к стехиометрическому является */ТЕ-обработка (Vapour Transport Equilibration) [I ].
Оптическая однородность кристалла ниобата лития зависит от его состава. Наиболее однородными в смысле оптических свойств считаются конгруэнт-аде кристаллы. Проводились и проводятся исследования влияния различных тримесей на оптическую однородность.
Монокристаллы LiNbOj имеют хорошо выраженную зависимость огггаче-:кой однородности от температуры. Температурное поведение оптической не-эднородности связано с наличием локальных электрических полей к условиями экранирования последних, поэтому реальная структура, т.е. наличие носителей заряда различного типа вносит определенный вклад в поведение оптической однородности и ряда других оптических свойств. Необходимо отметить, что введение примесей может приводить также к появлению низкотемпературных аномалий в ниобате лития, сходных по характеру с фазовыми переходами. Изучение механизма вхождения примеси может внести ясность в понимание природы данных явлений.
Серьезной проблемой является стабилизация оптического качества кристаллов в рабочем интервале температур. Одним из путей достижения стабильности данного параметра является обработка кристаллов с целью изменения концентрации дефектов, ответственных за появление оптических неоднородно-стей. Различные воздействия: изменение состава, введение примесей и др. - являются эффективным путем воздействия на комплекс оптических свойств. Изучение кристаллов ниобата лития различного состава, а также подвергнутых таким видам внешних воздействий, как редуцирование, оксидирование, высокотемпературная обработка парами воды, введение примесей может дать информацию о природе оптической неоднородности и о влиянии состава на оптофи-зические свойства и температурное поведение оптической однородности кри-
сташіов LiNbCb , что поможет решить ряд практических и теоретических задач оптоэлектроники.
Цель н задач» исследования. Целью настоящей работы является комплексное исследование влияния состава монокристалла ниобата лития и различного рода внешних обработок на поведение оптической неоднородности в интервале температур 20-200С.
Обратим внимание, что до настоящего времени обсуждается вопрос о механизме вхождения различных примесей в объем кристаллов ниобата лития и их влиянии на комплекс оптических свойств. Исследование этого вопроса оптическими методами может внести ясность в ряд дискутируемых вопросов: о наличии аномалий оптических свойств в примесных кристаллах в области температур далеко отстоящих от точки Кюри, о реальной структуре ниобата лития в целом.
В соответствии с этой целью были поставлены следующие основные задачи:
1. Создать измерительную установку для исследования оптической неодно
родности поляризационно-оптическим методом в интервале температур 20-200
С и отработать соответствующую методику исследования, получить образцы монокристаллов ниобата лития различного состава.
-
Исследовать влияние различного рода обработок, изменяющих состав (изменение соотношения Li/Nb, редуцирование, оксидирование), на температурное поведение и кинетику изменения оптической неоднородности в монокристаллах ниобата лития.
-
Исследовать влияние состава монокристаллов ниобата лития на оптическое ОН"-поглощение и люминесценцию с целью выявления механизма воздействия разного рода примесей на реальную структуру кристаллов ниобата лития.
-
Провести анализ связи кинетики и динамики поведения оптической неоднородности с составом монокристаллов LiNbCb.
-
Построить модель, объясняющую поведение оптической неоднородности монокристаллов ниобата лития в интервале температур 20-200С.
Научная новизна. Изучено поведение оптической неоднородности монокристаллов чистого ниобата лития конгруэнтного состава, а также влияние на комплекс оптических свойств различного рода внешних воздействий изменяющих состав (VTE-обработка с целью изменения соотношения Li/Nb; редуцирование и оксидирование приводящие к изменению содержания кислорода в объеме кристалла; высокотемпературный отжиг в парах воды, приводящий к образованию ОРТ-комплексов).
Проведен анализ воздействия всех вышеперечисленных видов внешних воздействий и реальной структуры на кинетику поведения оптической неоднородности монокристаллов ниобата лития.
Положения, выносимые на защиту. На защиту выносятся результаты исследования оптической однородности монокристаллов чистого ниобата лития, подвергшихся различного рода обработкам: VTE-обработка с целью изменения соотношения Li/Nb; редуцирование и оксидирование, приводящие к изменению содержания кислорода в объеме кристалла, а также результаты иссле-
юваиия влияние состава монокристаллов ниобата лития на оптическое ОН"-юглощение и люминесценцию с целью выявления механизма воздействия раз-гого рода примесей на реальную структуру кристаллов ниобата лития.
Практическая значимость. Результаты диссертационной работы могут зьггь использоваїгьі для конструкторских разработок элементной базы опто-шектронной промышленности, в частности при создании электрооптических модуляторов на базе кристаллов LiNbOj, для улучшения оптического качества зптоэлектронных устройств на основе ниобата лития.
Полученные экспериментальные данные использовались при выполнении, хоздоговорных НИР, проектов, поддерживаемых РФФИ, дипломных и магистерских работ.
Апробация результатов. Основные материалы диссертации докладыва-тись и обсуждались на Международной конференции "Математические модели нелинейных возбуждений, переноса, динамики, управления в конденсированных системах и других средах", (Тверь 1996г.), 7-м международном семинаре по физике сегнетоэлектриков-полупроводников (Ростов-на-Дону, 1996 г.), Международной научно-практической конференции по физике твердых диэлектриков "Диэлектрики - 97" (Саіпст-Петербург, 1997 г.), Ш Международной конференции "Кристаллы: рост, свойства, реальная структура, применение" (Александров, 1997 г.), Международной конференции "Математические модели нелинейных возбуждений, переноса, динамики, управления в конденсированных системах и других средах." (Тверь 1998 г.), а также опубликованы в 15 работах.
Некоторые результаты работы получены в рамках инициативного проекта 97-02-16600 "Оптические свойства и новые эффекты памяти в кристаллах ниобата лития", прошедшего экспертизу и финансируемого РФФИ в котором автор являлся исполнителем.
Публикации и вклад автора. Все основные результаты диссертационной работы получены автором совместно с научным руководителем доцентом Педько Б.Б. и отражены в совместных публикациях. Ряд работ проведен совместно с асп. Франко Н.Ю.- при исследовании влияния редуцирования и оксидирования на поведение оптической неоднородности в кристаллах ниобата лития; маг. Кисловой И.В.; с.н.с, ИК РАН, д.ф.-м.н. Волк Т.Р.- при исследовании эффектов памяти в кристаллах ниобата лития. По всем разделам работы имеются совместные публикации.
Автору принадлежат результаты исследований, включенные в настоящую диссертационную работу.
Исследования люминесценции, ГВГ, ОН-абсорбции проведены в Институте Экспериментальной Физики университета г. Оснабрюк (ФРГ) на оборудовании, любезно предоставленном профессором доктором З.Каппханом
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав, выводов и библиографии. Диссертация изложена на 108 страницах машинописного текста и содержит 53 рисунка, 5 таблиц, список публикаций автора из (5 наименований и список цитируемой литературы из 114 наименований. Обший объем диссертации 124 страницы.