Диссертация (1024675), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Приведенныев работе [151] результаты первых измерений коэффициентов линейного теплового расширения(КЛТР) показали, что кристалл LBO имеет большие значения коэффициентов ЛТР и их большую анизотропию – значения КЛТР положительны вдоль осей x и z, и отрицательны вдоль y. Втрадиционных задачах преобразования частоты эффективность процесса определяется разностью волновых векторов, и коэффициенты теплового расширения не оказывают прямого влияния на протекающий процесс.
Но в случае наиболее общей ориентации среза кристалла анизотропия КЛТР приводит к термодеформационным изменениям граней, которые при различныхспособах крепления кристалла способны изменить все ширины синхронизма (угловые, спектральную и температурную) [152].В кристалле LBO были реализованы некритичная по температуре генерация третьей гармоники Nd3+ лазеров [153], и некритичное по температуре двулучепреломление [154]. При выполнении в [153] и [154] измерений было обнаружено, что результаты расчетов термодеформационных изменений значительно расходятся с экспериментальными данными, что обусловленонеточными данными о коэффициентах ЛТР.
Опубликованные в различных работах данные означениях КЛТР кристалла LBO значительно различаются. Все это вместе взятое поставило вопрос о проведении измерений коэффициентов теплового расширения, а также – коэффициентовтеплопроводности и теплоемкости для кристалла LBO. Теплоемкость LBO рассчитывали в [155].Из экспериментальных работ по теплопроводности LBO автором была обнаружена статья[156], где сообщается о значении 3.03 ± 0.05 Вт/(м К) вдоль оси z и 3.97 ± 0.05 Вт/(м К) перпендикулярно ей (более точно – вдоль оси x или y – не определено) в области комнатной температуры.
На сайтах различных фирм, производящих кристаллы LBO, упоминается значение теплопроводности 3.5 Вт/(м К) без указания кристаллографического направления, температуры и источника информации.Образцы LBO для исследований предоставлены А.Е. Кохом (кристаллы выращены [157] вИГМ СО РАН, г. Новосибирск).Монокристаллы бората бария BaB2O4 (BBO) – важный материал для применения в оптике. Наиболее стабильными структурными модификациями BBO являются α-фаза, устойчивая от31температуры плавления (~1095 ºС) до 925ºС и β-фаза, кристаллизующаяся ниже указанной температуры [158]. Кристаллы низкотемпературной модификации BBO (пр.
гр. R3m) широко используются в нелинейной и электрооптике, это один из наиболее эффективных материалов дляпреобразования излучения Nd:YAG лазера в третью, четвертую и пятую гармоники. В своюочередь, структура α-ВВО (пр. гр. R3 c ) содержит в себе центр симметрии, исключающий возможность нелинейно-оптического преобразования. Но наличие большого двулучепреломленияи широкого диапазона прозрачности с захватом УФ области делает эти кристаллы эффективными поляризаторами и светоделителями в оптических системах, работающих в ближнем УФдиапазоне [159, 160].Конгруэнтное плавление α-ВВО позволяет выращивать эту фазу непосредственно из расплава.
В данной работе использовались кристаллы, полученные в модифицированной печи Чохральского с неосесимметричным нагревом [161, 162]. Аналогичный подход к тепловому режиму использовался для получения кристаллов низкотемпературной модификации из растворарасплава на разрезе BaB2O4-NaBaBO3 [163, 164] при температуре ниже фазового перехода. Вовтором случае применялся метод TSSG в конфигурации метода Чохральского.Образцы для измерения теплопроводности представляли собой параллелепипеды размерами 5×5×40 мм. Длинные оси параллелепипедов с точностью 30 угл. мин.
совпадали с кристаллографическими осями a, b или c. Была измерена теплопроводность трех оптически однородных образцов β-фазы, ориентированных вдоль указанных направлений. В случае α-фазы триобразца имели ориентацию вдоль оси с. Один из них обладал высокой прозрачностью, второйсодержал свили, а третий имел поперечную границу двойникования. Для измерений теплоемкости Cp(T) α-фазы ВВО использовались исследованные на теплопроводность образцы этого кристалла после их дробления для загрузки в контейнер.Образцы BBO для исследований предоставлены А.Е.
Кохом (кристаллы выращены [165] вИГМ СО РАН, г. Новосибирск).Кристаллы скандоборатов лантана LaSc(BO3)4 (LSB) и других РЗЭ активно разрабатываются в качестве материалов для изготовления рабочих элементов микрочип-лазеров с торцевой диодной накачкой. Применение таких кристаллов позволяет получать высокие значенияКПД лазерного излучения (67 % и выше) [166]. Кроме того, миниатюризации лазера способствует возможности обойтись без фокусирующей оптики.Образцы LSB для исследований предоставлены Кутовым С.А., НПО ФИРН, г. Краснодар,и Загуменным А.И., ИОФ РАН, г.
Москва). О синтезе кристаллов LSB сообщалось, например, в[167, 168].Кристаллы тетрабората стронция SrB4O7 (SBO) являются перспективным многофункциональным материалом, обладающим уникальным сочетанием ряда физических свойств.32Очень далекий край фундаментального поглощения (~ 120 – 130 нм) [169, 170], сравнительновысокие для боратов значения нелинейнооптических коэффициентов [171], очень высокая лучевая прочность [170, 172] делают крайне привлекательным использование этих монокристаллов для нелинейнооптического преобразования излучения в дальнюю УФ область спектра.Применение SBO в нелинейной оптике сдерживается только отсутствием фазового синхронизма вследствие малой величины двупреломления [169].
Тем не менее, показана возможностьприменения кристаллов SBO для автокорреляционных измерений импульсов фемтосекунднойдлительности с предельным нелинейнооптическим преобразованием в излучение с длиной волны 125 нм [170]. Предложены возможные схемы волноводного согласования гармоник [169].Обнаружено существование в монокристаллах SBO протяженных доменных структур [173],позволяющих использовать их в различных нелинейнооптических процессах [174 – 176].Отдельная и весьма обширная область исследований этого соединения связана с люминесцентными и термолюминесцентными свойствами тетрабората стронция, легированного различными РЗЭ.
Интерес к SBO здесь обусловлен, в частности, возможностью стабилизации рядаРЗЭ (Eu, Sm, Yb, Tm, Nd) в двухвалентном состоянии. Такие легированные кристаллы могутприменяться в качестве фосфоров в УФ области, датчиков высоких давлений, сцинтилляторов итермолюминофоров.Перспективность практического применения SBO делает необходимым комплексное изучение его физических свойств.
К настоящему времени изучены его диэлектрические оптические, нелинейнооптические, упругие, пьезоэлектрические и некоторые механические (трещиностойкость) характеристики [169, 170, 172, 177, 178].Монокристаллы, использованные для изготовления образцов SBO, были выращены израсплава со стехиометрическим соотношением компонент по методу Чохральского (предоставлены Зайцевым А.И., ИФ им. Л.В. Киренского, г. Красноярск).В данной работе кристаллографическая установка кристаллов SBO проводилась согласно[169] (пространственная группа симметрии Pnm21, параметры элементарной ячейки: a = 4.4255(7),b = 10.709(2), c = 4.2341(9) Å, плотность = 4.011 г/см3).Синтез шихты был проведен из карбоната стронция и борной кислоты квалификации«осч».
Компоненты были механически перемешаны в чаше из стеклоуглерода с добавлениемнебольшого количества дистиллированной воды. Смесь нагревалась на песчаной бане до температур 60 – 90°С и перемешивалась, с периодическим добавлением небольших порций воды,до прекращения выделения пузырьков углекислого газа.Рост кристаллов проводился на ориентированную затравку, в кристаллографическомнаправлении b, скорость вытягивания составляла 2.4 мм/сут, в течение 6 суток. Был полученпрозрачный бесцветный монокристалл с размерами ~ 2.5×2×3 см, с ограниченным числом де-33фектных областей.
Рентгенофазовый анализ, выполненный на порошке измельченной частимонокристалла, подтвердил соответствие рентгенографическим данным [178].Из областей выращенного монокристалла, не содержащих включений и двойниковыхструктур, были изготовлены три ориентированных образца в виде прямоугольных параллелепипедов квадратного сечения с линейными размерами 18.240 мм; 12.245 мм и 18.610 мм вдолькристаллографических направлений a, b, и c соответственно. Эти образцы использовались приисследовании теплопроводности и теплового расширения.Кристаллы ортогерманата висмута Bi4Ge3O12 (BGO, германоэвлитин) являются структурным аналогом редкого минерала эвлитина (Bi4Si3O12), и принадлежат к пространственнойгруппе I43d.
Они широко используются в качестве материала для регистрации ионизирующегоизлучения и высокоэнергетических частиц (ядерное приборостроение, системы антикомптоновской защиты, позитронно-эмиссионная томография, каротаж скважин) [179, 180]. При работесцинтилляторов не возникает проблема отвода тепла, как в случае лазерных материалов. Поэтому к кристаллам не предъявляется требование в отношении высокого значения теплопроводности. Однако знание температурной зависимости теплопроводности дает информацию дляпонимания структурных особенностей и динамики межионных взаимодействий. В связи с этимэкспериментальное определение теплопроводности кристалла в широком интервале температурпредставляет практический и научный интерес.О результатах экспериментального исследования комплекса теплофизических свойствBGO было сообщено в статье [181]. Теплоемкость, определенная в интервале 400 – 1100 К, несколько отличается от найденной ранее в работе в [182].
Интересно, что имеет место аддитивность теплоемкости химических соединений, а именно выполняется равенствоCP(Bi4Ge3O12) =18CP(Bi12Ge3O20) + CP(GeO2).33Характер температурной зависимости теплопроводности BGO (наличие «низкотемпературного» максимума k(T) в области около Т = 400 К), выявленный в [181], является чрезвычайным и противоречит данным более ранней работы [183], касающейся теплопроводности BGO вобласти температуры плавления. Эти обстоятельства требуют независимых исследований теплопроводности данного соединения.Объектом исследования в настоящей работе служил монокристаллический образец BGO,выращенный (Шлегель В.Н. и сотр., ИНЧ СО РАН, г. Новосибирск) низкоградиентным методом Чохральского [184]. В качестве исходных реактивов использовали оксиды висмута и германия.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
