Диссертация (Кристаллы семейства калий-редкоземельных вольфраматов как материалы для акустооптики)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИНАУЧНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ЦЕНТРУНИКАЛЬНОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯРОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУКНа правах рукописиВеликовский Дмитрий ЮрьевичКристаллы семейства калий-редкоземельныхвольфраматов как материалы для акустооптикиСпециальность: 01.04.01 «Приборы и методы экспериментальной физики»ДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степеникандидата физико-математических наукНаучный руководитель:доктор физико-математических наук,Пожар В.Э.Научный консультант:доктор технических наук,Мазур М.М.Москва, 2015 г.-- 2 --ОглавлениеОглавление .......................................................................................................................

2Введение ........................................................................................................................... 4Глава 1. Определениеупругих характеристик кристаллических материаловсимметрии 2/m на примере семейства KRE(WO4)2 ................................................... 101.1Введение к главе 1.

Упругость среды ................................................................ 101.2Теоретические основы экспериментального исследования упругих свойствмоноклинных кристаллов ............................................................................................. 131.2.1Направления ориентации кристаллических образцов ............................ 151.2.2Схема установки для исследования скоростей распространенияупругих волн в кристаллических материалах ............................................................

181.2.3Физические свойства кристаллов KRE(WO4)2 , необходимые дляисследования упругих характеристик ......................................................................... 221.3ИзмерениескоростейраспространенияупругихволнвкристаллахKRE(WO4)2 .....................................................................................................................

261.4Определение констант жесткости кристаллов KRE(WO4)2 ............................. 291.5Угловые диаграммы скоростей распространения упругих волн .................... 361.6Дифракционные картины Шеффера-Бергмана ................................................. 411.7Результаты работы, изложенной в Главе 1 ....................................................... 44Глава 2.

Упруго-оптические свойства кристаллов KRE(WO4)2............................... 452.1Введение к главе 2 ............................................................................................... 452.2Теоретическиеосновыметодаизмеренияфотоупругихсвойствмоноклинных кристаллов ............................................................................................. 472.2.1Физические свойства кристаллов KRE(WO4)2 , необходимые дляисследования упругооптических характеристик .......................................................

502.3Схемаустановкидляизмеренияфотоупругиххарактеристиккристаллических материалов ....................................................................................... 532.3.1Подготовка образцов.................................................................................. 57-- 3 --2.4Измерение коэффициентов акустооптического качества M кристалловKRE(WO4)2 ..................................................................................................................... 582.5Определение фотоупругих модулей кристаллов KRE(WO4)2 ......................... 612.6Результаты работы, изложенной в Главе 2 .......................................................

67Глава 3. Акустооптические устройства на кристаллах семейства KRE(WO4)2 ..... 683.1Введение в главу 3 ............................................................................................... 683.2Модулятор произвольно поляризованного излучения .................................... 733.3Комбинированный элемент ................................................................................

803.4Дефлектор со значительной полосой перестройки и большой угловойапертурой ....................................................................................................................... 823.5Коллинеарный фильтр ......................................................................................... 863.6Результаты работы, изложенной в Главе 3 .......................................................

91Заключение .................................................................................................................... 92Приложение ................................................................................................................... 94Благодарности................................................................................................................

98Список литературы ....................................................................................................... 99-- 4 --ВведениеАктуальность исследованияУстройства для управления оптическим излучением находят широкоеприменение,связанноесростоммощностилазерныхизлучателей.Акустооптические (АО) устройства успешно и эффективно используются длямодуляции светового излучения и его управляемого отклонения. Однако,разнообразие эффективных АО материалов невелико, и такие свойства каклучевая стойкость не входили в число приоритетных характеристик, по которымони отбирались.Новым направлением поиска является исследование акустооптическихсвойств лазерных материалов. Кристаллы семейства калий-редкоземельныхвольфраматов KRE(WO4)2 (далее: KREW), в особенности калий-гадолиниевыйвольфрамат KGd(WO4)2 , являются широко известными лазерными материалами.В диссертации рассмотрены этот и другие кристаллы семейства – калийлютециевый вольфрамат KLu(WO4)2 (кратко: KLuW) и калий-иттербиевыйвольфраматKYb(WO4)2(кратко: KYbW).Особенности,связанныесиспользованием в качестве RE-элемента других лантаноидов, изучаются начинаяс 70-х годов и до настоящего времени [1].

Кристаллы KREW, легированныеиттербием, широко используются для получения импульсного излучения припассивной модуляции мод [2]. Некоторые из них, например KGW, обладаюточень высокой лучевой стойкостью, которая достигает 180 ГВт/см2 придлительности импульсов τ = 20 нс [3], что более чем на порядок превышаетпоказатели для любых используемых в акустооптике материалов. КристаллыKGW такжеявляютсяактивнымиматериаламидлякомбинационного(рамановского) рассеяния с множеством уровней переходов.В качестве акустооптических затворов для мощных твердотельных лазеровв настоящее время используются АО модуляторы на кварце SiO2, причем из-завысокоймощностиуправляющегосигналаустройствапринудительноохлаждаются водой. Применение модуляторов на новых материалах с высоким-- 5 --акустооптическим качеством и лучевой стойкостью позволит отказаться отохлаждения АО ячейки, что позволит упростить конструкцию лазеров.В ходе работы были исследованы фотоупругие и упругие свойствакристаллов со структурой KREW.

Кристаллическая структура материалов былашироко изучена ранее [4]. Существуют три стабильные структурные фазы.Низкотемпературная имеет моноклинную элементарную ячейку и являетсянаиболее известной, благодаря своим лазерным свойствам. Эти материалы снизкосимметричной элементарной ячейкой кристаллографического класса 2/m, ихарактеризуются оптической двуосностью. Что придает их исследованиюдополнительнуюсложностьиинтерес,посколькудифракциясветанаультразвуковой волне в оптически двуосных средах до сих пор остаетсянедостаточно широко исследованной областью акустооптики.

Известно, что АОвзаимодействие в таких средах имеет существенные особенности. Однакоустройств, реализующих эти особенности, пока нет. Таким образом, поиск иосвоение эффективных и технологичных оптически двуосных акустооптическихкристаллов является практически важной задачей.Цели и задачи диссертационной работы1.Исследование акустических свойств кристаллов семейства KRE(WO4)2.2.Исследование акустооптических свойств кристаллов семейства KRE(WO4)2.3.Разработка АО устройств с новыми свойствами для управления лазернымизлучением высокой мощности.Положения, выносимые на защиту1.