3 Пьезоэлектрический эффект
Пьезоэлектрический эффект (сокращенно пьезоэффект) наблюдается в анизотропных диэлектриках, преимущественно в кристаллах некоторых веществ, обладающих определенной, достаточно низкой симметрией. Пьезоэффектом могут обладать кристаллы, не имеющие центра симметрии, а имеющие так называемые полярные направления (оси). Пьезоэффектом могут обладать также некоторые поликристаллические диэлектрики с упорядоченной структурой (текстурой), например керамические материалы и полимеры. Диэлектрики, обладающие пьезоэффектом, называют пьезоэлектриками [3].
Внешние механические силы, воздействуя в определенных направлениях на пьезоэлектрический кристалл, вызывают в нем не только механические напряжения и деформации (как во всяком твердом теле), но и электрическую поляризацию и, следовательно, появление на его поверхностях связанных электрических зарядов разных знаков. При изменении направления механических сил на противоположное становятся противоположными направление поляризации и знаки зарядов. Это явление называют прямым пьезоэффектом.
Рисунок 3.1- Схематичное изображение прямого (а) (б) пьезоэффектов. Стрелками Р и Е изображены внешние воздействия - механическая сила и напряженность электрического поля. Штриховыми линиями показаны контуры пьезоэлектрика до внешнего воздействия, сплошными линиями - контуры деформации пьезоэлектрика (для наглядности во много раз увеличены); Р - вектор поляризации.
3.1 Схема экспериментальной установки
Рисунок 3.2 - Экспериментальная схема установки исследование пьезоэлектрического эффекта. (1) исследуемый объект (кристалл ниобата лития); (2) вольтметр
3.2 Результаты эксперимента
В ходе эксперимента было дано два кристалла ниобата лития. Оба были легированы железом и у них предположительно была известна оптическая ось. Собрав экспериментальную установку мы исследовали кристаллы, приложив к ним два электрода с небольшим напряжением. При деформации кристалла наблюдался прямой пьезоэлектрический эффект. Положительно заряженные частицы перемещались на одну грань кристалла, отрицательно заряженные частицы на противоположную. Вольтметр показывал изменение напряжения на одной грани кристалла с положительным знаком, на другой грани с отрицательным, что говорит о перемещении зарядов на эти грани и то что мы находимся на оптической оси кристалла, в обоих образцах было выявлено что оптическая ось направленна параллельно Z срезу, что показано на рисунках 3.3 и 3.4. При приложении электродов к другим граням кристалла (предположительно перпендикулярно оптической оси) и деформируя его, фиксировалось изменение напряжение, но не так как на оптической оси. Что говорит о создании более сложного электрического поля в кристалле.
Рисунок 3.3 - Образец Ниобат лития LiNbO3:Fe
Рисунок 3.4 - Образец Ниобат лития LiNbO3:Fe
Заключение
За время отчетного этапа участниками проектной группы выполнен запланированный объем исследований согласно техническому заданию.
Было изучено теоретическое и экспериментальное исследование формирования фоторефрактивных структур в электрооптических кристаллах излучением высокой интенсивности. Так же был изучен пьезоэффект и свойства кристалла ниобата лития.
Результаты исследований апробировались в научных работах:
Исследование изменения поля лазерного пучка на выходной грани кристалла ниобата лития Научно-исследовательская работа студентов Томского Государственного Университета Систем Управления и Радиоэлектроники (НИРС ТУСУР).
Компенсация нелинейной дифракции интенсивного лазерного пучка в поглощающих кристаллах ниобата лития (труды школы-семинара «Волны-июнь 2015»).
Эволюция поля фокусированного светового пучка в фоторефрактивном образце ниобата лития (школа голографии).
Влияние интенсивности светового пучка на эволюцию его пространственной структуры в кристалле ниобата лития (актуальные проблемы радиофизики осень 2015).