ВКР (1197942), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Параметрыкристаллической були: длина конуса – 17 мм, длина цилиндрической части – 30мм, диаметр кристалла – 30 мм, длина обратного конуса – 5 мм [63].После отрыва кристаллическая буля выдерживалась при температуре1205 оС в течение 2 часов для того, чтобы снять термоупругие напряжения иобеспечить последующую обработку були и изготовление образцов дляисследований без дополнительного отжига в печи сопротивления. После этогокристалл охлаждался до комнатной температуры со скоростью 50 град/ч, т.н.программное охлаждение.После выращивания монокристаллической були с целью определенияконцентраций посторонних примесей был проведен спектральный анализпластин, срезанных с верхней и нижней части були кристалла.
Результатысведены в таблице 1.2.19Таблица 1.2Результаты спектрального анализа пластин, срезанных с верхнейи хвостовой части кристаллической були ниобата литияСодержание примеси, вес. %ПримесьверхнизZr<1 10-2<1 10-2Mo<1 10-3<1 10-3Ca<5 10-3<5 10-3Fe<1 10-3<1 10-3Ti<1 10-3<1 10-3Si<1 10-3<1 10-3Pb, Ni, Cr, Co<1 10-3<1 10-3Al<5 10-4<5 10-4Cu<5 10-4<5 10-4<5 10-4<5 10-41145,01145,0TK, CМонокристаллы отличаются высокой степенью однородности по составуMn, V, Mg, Snпримесей, что видно из таблицы 1.2.
Температуры Кюри верхней и нижнейчасти були также совпадают.Таблица 1.3Некоторые параметры номинально чистых монокристаллов ниобата литияLi2O,мол. Химическая формула%MVLi,оa, Аат.%ос, АоV, А 3TC,,3Kг/см47,5 Li0.9194Nb1.0164(VLi)0.644O3 148,7797 1,29 5,1513 13,8794 318,9529 4,6465 137148,0 Li0.9351Nb1.0130(VLi)0.0520O3 148,6007 1,04 5,1506 13,8766 318,7913 4,6433 139448,4 Li0.9478Nb1.0104(VLi)0.0416O3 148,4472 0,83 5,1501 13,8751 318,7012 4,6368 140748,5 Li0.9510Nb1.0098(VLi)0.0392O3 148,4137 0,78 5,1499 13,8743 318,6628 4,6393 141548,65 Li0.9560Nb1.0088(VLi)0.0352O3 148,3556 0,70 5,1497 13,8730 318,6066 4,6383 141820Li2O,мол. Химическая формула%MVLi,оa, Аат.%ос, АоV, А 3TC,,3Kг/см48,7 Li0.9574Nb1.0085(VLi)0.0340O3 148,3373 0,68 5,1496 13,8726 318,5874 4,6380 142149,0 Li0.9671Nb1.0066(VLi)0.0264O3 148,2281 0,53 5,1493 13,8709 318,4999 4,6369 143149,5 Li0.9834Nb1.0033(VLi)0.0132O3 148,0346 0,26 5,1487 13,8654 318,3654 4,6318 144150,0LiNbO3147,843205,1479 13,8657 318,2073 4,6281 1456Таблица 1.4Параметры элементарной ячейки и плотность монокристаллов LiNbO3:Gdоо[Gd], вес.
%a, Ас, А, г/см30 конгр. состав0,0050,260,440,450,490,525,14935,14875,14925,15045,15155,15285,153213,860013,854913,866013,853013,857013,858013,86004,63784,65804,66394,66664,66974,67664,6792Плотность монокристаллов в системе во всем исследованном диапазонеконцентраций с ростом содержания Gd увеличивается, что обусловлено болеевысоким по сравнению с ниобием и литием атомным весом гадолиния.212.Электрооптический эффект в кристаллах. Электрооптическиекоэффициенты и методы их определенияЭлектрооптический эффект - изменение показателя преломления поддействием электрического поля.Изменение показателя преломления под действием электрического поляописывается тензорным уравнением, которое в общем случае имеет двесоставляющие:линейныйэлектрооптическийэффектиквадратичныйэлектрооптический эффект [1].
Если изменение показателя преломленияпропорционально первой степени напряженности электрического поля Е, тоэлектрооптический эффект называют линейным электрооптическим эффектом,или эффектом Поккельса. Если наблюдается квадратичная зависимость отнапряженности электрического поля, то электрооптический эффект называютквадратичным или эффектом Керра.Эффект Керра, или квадратичный электрооптический эффект — явлениеизменениязначенияпоказателяпреломленияоптическогоматериалапропорционально квадрату напряженности приложенного электрического поля[1].Под воздействием внешнего постоянного или переменного электрическогополя в среде может наблюдаться двойное лучепреломление, вследствиеизменения поляризации вещества. Пусть коэффициент преломления дляобыкновенного луча равен no , а для необыкновенного - ne.
Разложим разностькоэффициентов преломления no-ne , как функцию внешнего поля E, по степенямE. Если до наложения поля среда была неполяризованной и изотропной, то no-neдолжно быть чётной функцией E (при изменении направления поля эффект недолжен менять знак). Значит, в разложении по степеням E должныприсутствовать члены лишь чётных порядков, начиная с E2. В слабых поляхчленами высших порядков можно пренебречь, в результате чего no-ne = kE2Эффект Поккельса (электрооптический эффект Поккельса) - явлениевозникновения двойного лучепреломления в оптических средах при наложениипостоянного или переменного электрического поля. Он отличается от эффекта22Керра тем, что линеен по полю, в то время как эффект Керра квадратичен.Эффект Поккельса может наблюдаться только в кристаллах, не обладающихцентром симметрии: в силу линейности при изменении направления поляэффект должен менять знак, что невозможно в центрально-симметричныхкристаллах.Посколькулинейныйэлектрооптическийэффектосуществляетсявкристаллах пьезоэлектрических материалов, ему всегда сопутствует обратныйпьезоэлектрический эффект.
Также во всех линейных пьезоэлектрикахквадратичный эффект сопутствует линейному, но обычно квадратичнымэффектом можно пренебречь по сравнению с линейным. Однако длясегнетоэлектриков (нелинейных пьезоэлектрических материалов), так же как идля полярных жидкостей, вклад квадратичного эффекта может превышатьвклад линейного.В центросимметричных кристаллах наблюдается только квадратичныйэффект. Квадратичный электрооптический эффект наблюдается и в жидкостях,но практическое применение кристаллов более эффективно. Среди кубическихлинейных электрооптических кристаллов наибольшее применение имеюткристаллы ниобата лития (LiNbO3).
Действие таких модуляторов основано назависимости плоскости поляризации светового луча, проходящего черезкристалл, от напряженности электрического поля.Линейным электрооптическим эффектом называется изменение показателяпреломления вещества, пропорциональное приложенному электрическомуполю.
Это явление, называемое также эффектом Поккельса [69], имеет местотолько в пьезокристаллах. Во всех центросимметричных телах (жидкости, газы,аморфные тела и т. д.) эффект Поккельса отсутствует. Широкое применениелинейного электрооптического эффекта связано, прежде всего, с наличиемцелого ряда кристаллов, обладающих значительным электрооптическимэффектом [70-74]. Большинство из этих кристаллов давно применяется вкачествеультразвуковыхпроизводствоосвоеноизлучателейипромышленностью.пьезодатчиков.ИмеютсяПоэтомуихэлектрооптические23кристаллы прозрачные как в видимом диапазоне, так и в инфракрасном.Важным свойством линейного электрооптического эффекта является его малаяинерционность, позволяющая осуществлять модуляцию света до частот вдесятки гигагерц.
Кроме того, из-за линейной зависимости между показателемпреломления и электрическим полем нелинейные искажения при модуляцииотносительно невелики [70].Ниобат лития (НЛ) с номинальной химической формулой LiNbO3 благодаряудачной комбинации физико-химических характеристик нашёл широчайшееприменение в современных оптических и электронных технологиях. КристаллыНЛ характеризуются ацентричной кристаллической структурой, высокойхимическойинертностью,высокимизначениямипьезоэлектрических,электрооптических и нелинейнооптических коэффициентов, значительнымдвулучепреломлением.242.1 Методы определения электрооптических коэффициентов кристалловИзвестно,чтоопределениеэлектрооптическихкоэффициентовэлектрооптического кристалла основано на измерении разности фаз междуобыкновенным и необыкновенным лучами при приложении электрическогонапряжения к граням кристалла [1].
Разность фаз между обыкновенным инеобыкновенным лучами приобретается при прохождении излучения черезэлектрооптический кристалл:2 ln,(1)где l – длина кристалла вдоль распространения излучения,– длина волны излучения,n – величина двулучепреломления, создаваемая электрическим полем.Разность фаз между обыкновенным и необыкновенным лучами зависит отдлины электрооптического кристалла, длины волны излучения и естественногодвулучепреломлениякристалла.Величинадвулучепреломленияэлектрооптического кристалла изменяется несколькими способами либо путемего поворота вокруг вертикальной оси, перпендикулярнойнаправлениюраспространения излучения, либо путем изменения длины волны излучения, либопутем приложения электрического поля к граням электрооптического кристалла[1]:n1 3no r13 ne3r33 E ,2(2)где E=U/d – напряженность электрического поля,U – электрическое напряжение,d - длина кристалла в направлении приложения электрического напряжения,no и ne - показатели преломления обыкновенного и необыкновенного лучейсоответственно,r13 и r33 – электрооптические коэффициенты кристалла.Известныдваэлектрооптическогометодаопределениякристалла:электрооптическихинтерферометрическийкоэффициентов(интерферометрМайкельсона, Маха-Цендера, Фабри-Перо) и поляризационный (метод Сенармона).25Оба метода достаточно эффективны, но есть проблема в высокой погрешностиопределения электрооптических коэффициентов электрооптического кристалла засчетнедостаточнойточностиориентациикристаллофизическихосейэлектрооптического кристалла по отношению к прикладываемому электрическомунапряжению и направлению распространения излучения в устройстве приопределении набега фаз.В работе [2] описано устройство для определения электрооптическихкоэффициентов электрооптического кристалла, принцип работы которого основанна интерферометрическом методе (интерферометр по схеме Маха-Цендера).
Дляопределения электрооптических коэффициентов в качестве электрооптическогокристалла выбран ниобат лития. Исследуемый кристалл устанавливается в одну изоптических ветвей интерферометра после поляризатора с такой ориентацией, чтоволновой вектор световой волны направлен вдоль кристаллофизической оси Yкристалла, а вектор напряженности электрического поля световой волны лежит вплоскости главного сечения кристалла.Например,дляопределенияэлектрооптическихкоэффициентовэлектрооптического кристалла ниобата лития r13 и r33 излучение направляетсявдоль кристаллофизической оси Y кристалла, а электрическое напряжениеприкладывается вдоль кристаллофизической оси Х и Z кристалла соответственно.При приложении электрического напряжения к граням электрооптическогокристалла происходит изменение разности показателей преломления междуобыкновенным и необыкновенным лучами ∆n (2) за счет электрооптическогоэффекта, что приводит к набегу фаз между ними.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
