Фотоиндуцированные изменения упругих характеристик кристаллов ниобата лития,

СОДЕРЖАЩИХ ПРИМЕСНЫЕ ЯН-ТЕЛЛЕРОВСКИЕ ИОНЫ Fe²⁺

СЕМЕННИКОВ А.В., КГЭУ, г. Казань

Науч. рук. д-р физ.-мат. наук, доцент КАЛИМУЛЛИН Р.И.

Кристаллы ниобата лития (LiNbO₃ – НЛ) уже давно широко используются в приборах акусто- и оптоэлектроники, в частности благодаря свойственному им эффекту фотоиндуцированного изменения упругих характеристик. Этот эффект объясняется наличием в кристаллах НЛ примесных ян-теллеровских (Я-Т) ионов Fe²⁺, однако природа обнаруженных изменений упругих свойств до сих пор не исследована достаточно полно, что послужило стимулом к продолжению работы. С помощью разработанной комплексной лазерно-акустической методики анализа результатов высокочастотных акустических измерений была исследована серия образцов НЛ. Блок-схема экспериментальной установки представлена на рис. 1.

Рис. 1. Блок-схема установки для изучения влияния лазерного излучения на упругие

характеристики образцов НЛ: 1 – лазер; 2 – коллиматор; 3 – вспомогательный лазер;

4 – образец НЛ; 5 – электроды; 6 – измерительный блок оптических характеристик;

7 – генератор радиочастотных колебаний; 8 – приемник акустических колебаний

Отношение концентраций примесных ионов Fe²⁺/Fe³⁺ изменялось от 0,1 до 0,7, а концентрация ионов Fe²⁺ определялась по величине оптического поглощения. Возбуждение и детектирование продольных и поперечных акустических волн создавались за счет собственного пьезоэффекта НЛ с помощью генератора радиочастотных колебаний и электродов. Генерация узких акустических пучков (~2 мм²) позволила выполнить измерение локальных упругих неоднородностей. Изменения в скорости и затухании акустических волн определялись по частотному сдвигу и добротности (Q ~ 3·10⁴) размерного акустического резонанса. В результате проведенных экспериментов было установлено, что дефектными центрами, ответственными за фотоиндуцированные эффекты в НЛ, являются примесные Я-Т ионы Fe²⁺, замещающие ионы лития в кристаллической решетке. Именно примесные ионы железа влияют на упругие характеристики монокристаллов НЛ, создавая уменьшение значений упругих модулей и увеличение затухания акустических волн даже в отсутствие внешних воздействий (рис. 2).

Было установлено, что лазерное облучение кристаллов НЛ с железом создает фотоиндуцированное пространственное перераспределение концентраций ионов Fe²⁺ и Fe³⁺, что приводит к дополнительному уменьшению значений упругих модулей, увеличению затухания акустических волн и возникновению упругих деформаций.

Рис. 2. Средние по образцу относительные изменения скоростей (1) и затухания (2)

акустических волн в зависимости от концентрации ионов железа (C_Fe)

Таким образом, главной причиной фотоиндуцированных упругих эффектов в НЛ с железом можно считать образование коррелированных вдоль тригональной оси градиентов электрических полей ионов Fe²⁺, сопровождающееся аксиальной деформацией кислородных октаэдров, содержащих Я-Т ионы Fe²⁺.

УДК 389.1