ВКР (1197942), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Для лучшего контакта электродов с гранямиприменялась токопроводящая паста.За счет электрооптического эффекта в кристалле при приложении внешнегоэлектрического поля изменяется показатель преломления кристалла. Припрохождении лазерного луча через кристалл возникает фазовая задержка, котораяприводит к тому, что интенсивность света на выходе из анализатора будетзависеть от величины фазовой задержки.
Прошедшее через анализатор излучениепопадает на фотодиод ФД-24К, соединенный мультиметром АКТАКОМ АМ1097, который подключенный к компьютеру.Фазоваязадержкадлянахождениякоэффициентаr22определяетсяформулой[28]:2 n03 r22Uld,(16)где n0 – обыкновенный показатель преломления;r22 – электрооптический коэффициент;U – напряжение;l – длина кристалла, вдоль которой распространяется излучение;43λ – длина волны;d – длина кристалла, вдоль которой прикладывается напряжение.Фазовая задержка для нахождения коэффициентов r13 и r33 определяетсяформулой [28]:lU33(n e r33 - n o r13 )d,(17)где r13 r33 – электрооптические коэффициенты.Длянахожденияэлектрооптическихкоэффициентовr13иr33былииспользованы экспериментальные зависимости относительной интенсивности отнапряжения для каждого кристалла соответственно.Примеры зависимостей нескольких кристаллов представлены на рисунке 8.а)б)в)Рисунок 8.
Примеры зависимостей относительной интенсивности от напряжения длякристаллов легированных а) цинком (№ 128) б) магнием (№111-3k-1) в) бором (№103-3k-4)44Было так же установлено что зависимость относительной интенсивности отнапряжения практически не изменяется при смене направления прикладываемогонапряжения, что доказывает рисунок 9.Рисунок 9.
Зависимость относительной интенсивности от направления прикладываемогонапряжения. Направление света вдоль оси y, прикладываемое напряжение: ■ вдоль оси z, ♦противоположно оси zДалее вычисляется фазовая задержка для каждого значения напряжения:arccos(1I)I0(18)Затем из формулы (17) рассчитываются связанные электрооптические33коэффициенты r13 и r33 (n e r33 - n o r13 ) .Пример экспериментальная зависимости относительной интенсивности отнапряжения используемой для нахождения коэффициента r22 представлен нарисунке 10.45I/Io, отн.ед.0,250,20,150,10,0500200040006000800010000U,BРисунок 10. Зависимость относительной интенсивности от напряжения. Направление светавдоль оси z, прикладываемое напряжение вдоль оси y, противоположно оси yДалее вычисляется фазовая задержка для каждого значения напряжения поформуле (18).
Затем из формулы (16) рассчитывается электрооптическийкоэффициент r22.Данным методом были определены электрооптические коэффициенты рядакристаллов легированных различными примесями.Таким образом, с помощью поляризационного метода были определеныэлектрооптический коэффициент r22 и связанные коэффициенты r13 и r33 ниобаталития.463.2 Интерференционно поляризационный методИсследуемыекристаллыбылитакжеисследованыспомощьюинтерференционно поляризационного метода. Благодаря электрооптическимсвойствам кристалла ниобата лития для управления лазерным лучом можноиспользовать как поперечные, так и продольные управляющие поля.
В практикенаиболее применяемый случай, когда электрическое поле направлено вдоль оси y,а свет – вдоль оптической оси z. При этом можно получить низкие управляющиенапряжения вследствие поперечного эффекта Поккельса и значительныхизменений показателей преломления.Это свойство кристалла ниобата лития используется в экспериментальнойустановке, внешний вид которой представлен на рисунке 11.Рисунок 11. Схема экспериментальной установки для определения электрооптическихкоэффициентов кристалла ниобата лития интерференционно-поляризационным методомДля определения электрооптических коэффициентов кристалла ниобата литияпримененинтерференционнополяризационныйметод.Оптическаясхемаизмерений представлена на рисунке 11, где 1 – лазер; 2 – поляризатор; 3 – матовоерассеивающее стекло; 4 – электрооптический кристалл; 5 – высоковольтныйисточник; 6 – фотодиод; 7 – мультиметр; 8 - ПК.47Установка работает следующим образом.
С помощью поляризатора излучениегелий-неонового лазера поляризуется, затем на пути луча непосредственно передкристаллом устанавливается матовое рассеивающее стекло. Кристалл ниобаталития устанавливается, так чтобы луч распространялся вдоль одной изкристаллофизическихосей.Дляопределениякоэффициентаr22лучраспространяется вдоль оси z, напряжение от высоковольтного источникаподается на грани кристалла ниобата лития вдоль оси x и y. Для определениякоэффициентов r13 и r33 свет распространялся вдоль осей x и y, напряжениеподавалось вдоль оси z.
Для лучшего контакта электродов с гранями такжеприменялась токопроводящая паста.Луч, пройдя через поляризатор, матовое рассеивающее стекло и кристаллобразовывал коноскопические фигуры (рисунок 12)а)б)Рисунок 12. Полученные коноскопические фигуры для образца №126Фотодиод устанавливался таким образом чтобы на него попадала одна изярко выраженных интерференционных полос. При изменении напряженияподаваемого на кристалл, фиксировалось смещение полос, тем самым изменениеинтенсивности излучения.
Полученное излучение попадает на фотодиод,соединенный мультиметром, который подключен к компьютеру.48Длянахожденияэлектрооптическихкоэффициентовr13иr33былииспользованы экспериментальные зависимости относительной интенсивности отнапряжения для каждого кристалла соответственно. на рисунках ниже приведеныданные зависимостей для каждого из кристаллов.Далее из полученных зависимостей по формуле (18) вычисляется фазоваязадержка для каждого значения напряжения. Затем из формул (16,17)рассчитывается электрооптический коэффициент r22 и связанные коэффициентыr13 и r33.В результате проведенной работы, по полученным данным были рассчитаныэлектрооптические коэффициенты для большинства исследуемых образцовниобаталития.Отсутствиетехилииныхзначенийэлектрооптическихкоэффициентов для некоторых образцов обусловлено рядом причин:1) Неоднородность кристалла;2) Механические деффекты кристалла;3) Недостаточная мощность имеющегося лазера;4) Мутность кристалла (внутренние дефекты).Таким образом, с помощью поляризационного метода были определеныэлектрооптический коэффициент r22 и связанные коэффициенты (ne3r33-no3r13)ниобата лития легированного разными примесями.
Экспериментальные значенияэлектрооптического коэффициента определяемый авторами [82] (r22=6.54 пм/В).Экспериментальные значения связанных электрооптических коэффициентов(ne3r33-no3r13) определены авторами [82] (112 пм/В). Из рассчитанных в настоящейработе коэффициентов была составлена сводная таблица для всех кристаллов(Приложение А).49ЗаключениеВходевыполнениямагистерскойдиссертациибылирассмотренысуществующие методы определения электрооптических коэффициентов, ихпреимуществаинедостатки.Описанаметодикаифизическиеосновыклассической схемы проведения экспериментов, была собрана экспериментальнаяустановка для определения электрооптических коэффициентов ниобата литияполяризационным методом.
Так же была собрана установка для определенияданных коэффициентов интерференционно – поляризационным методом.Предложен новый, упрощенный метод определения электрооптическихкоэффициентов кристалла ниобата лития.Для нахождения электрооптических коэффициентов были использованыэкспериментальные зависимости относительной интенсивности от напряжениядля каждого кристалла соответственно.Далее из полученных зависимостей была вычислена фазовая задержка длякаждого значения напряжения. Затем были рассчитаны электрооптическиекоэффициенты. Сравнивая полученные значения с литературными видно, чтоэлектрооптические коэффициенты легированных кристаллов заметно отличаютсяот коэффициентов чистого ниобата лития. Т.е можно сказать, что дляпроизводства тех или иных кристаллов необходимо знать лишь количество и типпримеси.Что дает хорошую платформу для будущих исследований.Преимущества нового метода в простоте установки и расчетов.
Недостаткомже является погрешность измерения, но в техническом использовании она незначительная.50Список использованных источников1.Ефимов А.М., Постников Е.С. Физические основы и формализм оптики испектроскопии оптических материалов. Учеб. пособие. [Текст] / А.М. Ефимов//СПб: Университет ИТМО. - 2015. – С.152.Seoung Hun Lee, Seung Hwan Kim A novel method for measuring continuousdispersion spectrum of electro-optic coefficients of nonlinear materials [Текст] /Seoung Hun Lee, Seung Hwan Kim, Kyong Hon Kim, Min Hee Lee, El-Hang Lee //OPTICS EXPRESS.
– 2009. –Vol. 17 №12. – P. 9828-9833.3.Желудев И.С. Электрооптические явления в кристаллах [Текст] / И.С.Желудев//Успехи физических наук. – 1966. – Т. 88 №2. – С. 253-286.4.Weis R.S., Gaylord T.K. // Appl. Phys. A. 1985. V. 37. P. 1915.Bergman J.G., Ashkin A., Ballman A.A., Dziedzic J.M., Levinstein H.J., SmithR.G. // Appl. Phys.
Lett. 1968. V. 12. № 3. P. 92.6.Lerner P., Legras C., Dumas J.P. // J. Cryst. Growth. 1968. V. 3. № 4. P. 231.7.Carruthers J.R., Peterson G.E., Grasso M., Briden' baugh P.M. // J. Appl. Phys.1971. V. 42. № 5. P. 1846.8.Палатников М.П., Сидоров Н.В., Стефанович С.Ю., Калинников В.Т.
//Неорг. материалы. 1998. Т. 34. № 8. С. 903.9.Abrahams S.C., Marsh P. // Acta Cryst. B. 1986. V. 42. № 1. P. 61.10. Палатников М.П., Сидоров Н.В., Скиба В.И., Мака' ров Д.В., БирюковаИ.В., Серебряков Ю.А., Кравчен' ко О.Э., Балабанов Ю.И., Калинников В.Т. //Неорг. материалы. 2000. Т. 36. № 5. С. 593.11. Xue Dongfeng, Kitamura Kenji // J. Phys.
Chem. Sol. 2005. V. 66. P. 585.12. Abdi F., Fontana M.D., Aillerie M., Bourson P. // Appl. Phys. A. 2006. V. 83.№ 3. P. 427.13. Kovács L., Polgár K. // Cryst. Res. Technol. 1986. V. 21. № 6. P. K101.14. Gallagher P.K., O’Bryan H.M. // J. Am. Ceram. Soc.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
