Введение к работе
Актуальность работы
Нелинейно-оптические кристаллы широко используются в качестве преоб
разующих и управляющих элементов во многих оптоэлектронных приборах [1].
При распространении света, излучаемого лазером или мощным нелазерным ис
точником, напряженность поля световой волны становится сошмеримои с
внутренними полями в кристаллах. Это приводит к нелинейному взаимодейст
вию поля световой волны со средой, при котором нарушается принцип супер
позиции и создаются условия для генерации гармоник, суммарных и разност-
ныхчастот. ,:-.,..
Генерация суммарных частот используется в "ап-конверторах",. то, есть преобразователях частоты вверх, с их помощью оптические сигналы ИК диапазона трансформируются в видимую область, что применяется для визуализации тепловых объектов [2]. В особенности, в последнее время вызывают, интерес процессы преобразования по частоте излучения с широким спектром в нелинейных оптических кристаллах. Было показано, что при одинаковых уровнях накачки эффективность преобразования широкополосного излучения может быть даже значительно выше, чем для лазерного излучения [3]. Особенно.много работ выполнено с кристаллом ІлЮз. Данные исследования позволяют надеяться на создание нового технического направления, связанного с разработкой нелинейных оптиче-скік приборов, работающих с нелазерным излучением.
В ряде случаев при использовании излучения с широким спектром получены неожиданные научные результаты. Однако в целом данное направление, например, для кристаллов КТР и LiNbOj, не исследовано, а поэтому требует дальнейших исследований.
Процессы преобразования излучения в оптическом кристалле подвержены влиянию внешних воздействий. При приложении внешнего электрического поля, локальном или общем изменении температуры кристалла, прежде всего, изменяются показатели преломления обыкновенного и необыкновенного лучей, что сказывается на синхронных взаимодействиях световых волн, а, следовательно, и на спектре преобразованного излучения.
С другой стороны, в последнее время очень большое внимание, уделяется созданию новых необычных,сред для нелинейной оптики, например, композиционных материалов полимер-проводник. Их свойствами можно управлять в широких пределах, изменяя процентное соотношение наполнителя и матрицы, размеры частиц наполнителя и так далее. Такие материалы используются в качестве оптических фильтров, светочувствительных сенсоров и интересны в плане фундаментальных исследований [4]. Применение композиционных материалов в физических исследованиях, равно как и синтез этих материалов в промышленных масштабах, представляют интерес также, и вследствие широких возможностей микролегирования и значительного удешевления технологии из-
готовления конечного продукта по сравнению со стоимостью крупных оптически однородных кристаллов. ''* = - ' > - ' - ^
В связи с вышесказанным, исследования особенностей преобразования излучения с широким спектром в кристаллах LiNbCb, КТР, LiI03 и других средах, например, в композиционных системах, а так же изучение влияния воздействий внешнего электрического поля и температуры на оптические свойства данных материалов являются актуальными.
Цель и задачи работы
Целью работы является исследование закономерностей преобразования по частоте широкополосного излучения'в нелинейнооптических кристаллах, исследование зависимости оптических и электрических свойств композиционных систем политетрафторэтилен-графит (ПТФЭ-Т) от процентного соотношения матрица-наполнитель, а также исследование влияния внешних воздействий на оптические свойства нелинейных кристаллов и композитов ПТФЭ-Т.
Для достижения указанной цели в работе поставлены следующие задачи:
Исследовать закономерности преобразования по частоте широкополосного1 излучения в нелинейных оптических кристаллах КТР, ЬіИЬОз, ЬіІОз.
Выяснить зависимость эффективности преобразования излучения в кристаллах от частоты используемого излучения, а также исследовать влияние внешнего электрического поля на характеристики преобразованного излучения.
Изучить возможность одновременной регистрации интерференционных коноскопических картин кристаллов и изображения объектов.
Выяснить возможность записи информации за счет наведенной внешним электрическим полем анизотропии в кристаллах.
-' Исследовать вольтамперные характеристики кристалла ниобата лития в области высоких и низких электрических напряжений.
Рассмотреть влияние температуры и градиента температуры на оптические свойства кристаллов ниобата лития.
Изучить оптические и электрофизические свойства нового нелинейного материала ПТФЭ - Г.
Методы исследования
Для достижения поставленной цели и задач использованы теоретические и экспериментальные методы исследования (фотоэлектрический, фотографический, спектроскопический, визуальное наблюдение).
Научная новизна работы
Исследованы спектры преобразованного по частоте широкополосного ИК-излучения в ниобате лития, иодате лития и кристаллах КТР.
Предложен и реализован новый метод проверки качества нелинейнооптических кристаллов ниобата лития по характеру изменения эффективности
преобразования во вторую оптическую гармонику (Ї*ВГ) при воздействии внешнего электрического поля.
Показано, что кристаллы LiNb03 позволяют довольно эффективно модулировать преобразованное излучение за счет изменения направления фазового синхронизма при воздействии электрического поля.
Впервые обнаружен и исследован новый эффект -' эффект записи в кристалле ниобата лития электроогггаческого изменения показателей преломления.
Предложен и реализован новый метод наблюдения изображения объектов на фоне коноскопических фигур.
Впервые обнаружен эффект электрогирации в кристалле ниобата лития.
На примере кристалла ниобата лития рассмотрена возможность изучения процессов накопления и релаксации электрических зарядов в этом кристалле оптическими методами. Данная возможность подтверждена экспериментальными исследованиями.
Обнаружена периодическая структура коноскопических картин в кристаллах ниобата лития после неоднородного нагревания кристалла.
Обнаружено явление «сжатия» и «расширения» петли гистерезиса ПТФЭ-Г композитов в температурном диапазоне 20"С - 160С.
Ю.Впервые обнаружена N- образная зависимость силы тока в композите от температуры при постоянном напряжении.
11.Выявлен туннельный характер проводимости в композиционных материалах в широком диапазоне температуры.
12. Установлено; что прозрачность ПТФЭ и композитов на его основе существенно зависит от технологгаї их изготовления.
Практическая ценность
Используемые методы и полученные в диссертационной работе результаты могут служить основой для создания приборов, применяемых для визуализации ИК-объектов; для неразрушающих, исследований и контроля объектов, в том числе и нелинейных кристаллов, а также для целей модуляции излучения видимого и ИК диапазонов.
Апробация результатов
Основные результаты исследований были представлены на следующих научных конференциях:
II-ой международной конференции по проблемам нелинейной оптики и лазерной техники. Новосибирск, 23 июня 1997 г.
Междун. науч. конф. молодых ученых Сибири, Дальнего Востока и стран АТР «Молодежь и наука - регионам». 19-20 мая 1997 г. Хабаровск.
Междун. симпозиуме (Первые Самсоновские Чтения) «Принципы и процессы создания неорганических материалов». Хабаровск, 12-16 мая 1998 г.
XVI Международной конференции по когерентной и нелинейной оптике, «ICONO-98». Москва, 29 июня - 3 июля 1998 г.
5."Международной конференции «Выпускник НГУ и научно-технический прогресс». Новосибирск, 22-24 сентября 1999г.
Международной конференции молодых ученых и специалистов «Оптика-99». Санкт-Петербург,' 19-22 октября 1999г.
«Young people & scientific progress». The third international student's congress of the Asian Pacific Region countries. Vladivostok, Russia, 1999.
«Актуальные проблемы развития научно-технического прогресса в отрасли и на дорогах региона». Хабаровск, 24-26 октября 1997 г.
«Повышение эффективности работы жд транспорта Сибири и Дальнего Востока». Хабаровск, ДВГУПС, 1999.
10. «Молодежь и научно - технический прогресс». Владивосток, 1998 г.
11. III региональной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по
физике полупроводниковых, диэлектрических и магнитных материалов. ИАПУ,
Владивосток, 11-12 октября 1999 г.
127 «Физика: фундаментальные исследования, образование». Хабаровск, 1998 г. 13. 42-ой, 43-ей научной конференции. Хабаровский государственный педагогический университет. Хабаровск, 1996,1997гг.
Публикации и вклад автора
По результатам работы имеется 20 публикаций. Автор принимал непосредственное участие в подготовке и проведении экспериментов, обработке и обсуждении результатов. Большая часть экспериментов проведена автором самостоятельно.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка ліітера-туры. Работа содержит 107 страниц машинописного текста, 24 рисунка, список литературы из 112 наименований.
Выявлены и исследованы закономерности преобразования по частоте инфракрасного широкополосного излучения в видимую область спектра в кристаллах КТР, ІЛМЮз, ЬіІОз- Эффективность преобразования резко возрастает при продвижении в коротковолновую область спектра, ..,: :.,"' ж. _'.',....'
В кристаллах ниобата лития за счет'Э'л'ектрооптического эффекта изменяется направление фазового синхронизма'в'достаточно большой'области углов (~2 - 2,5), что позволяет модулировать излучение гармоники nd интенсивности или использовать методику сканирования частоты синхронизма ііля! определения качества кристаллов.
В кристалле ниобата лития возможна запись и считывание электрооптиче-сигх изменений показателя преломления.
При неоднородном нагреве, а затем охлаждении кристалла LiNbOj в нем образуется решетка коноскопических картин."
Экстремумы градус-амперной характеристики расположены в температурной области фазовых переходов I и П рода политетрафторэтилена в составе ПТФЭ-Г композиционного материала
Проводимость композитов ПТФЭТ имеет туннельный характер, а их коэффициент пропускания существенно зависит от технологии изготовления.
