Оптические свойства одноосных кристаллов парателлурита, ииобата лития и SBN, как объектов для исследований методом коноскопии

В настоящей работе выбор кристаллов парателлурита (тетрагональной модификации диоксида теллура a —TeO₂),ииобата лития (LiNbO₃)и ииобата бария-стронция (SBN,бастрона — (Sr_xBa₁~_x)Nb₂O₆)в качестве модельных одноосных кристаллических материалов для экспериментальной проверки полученных уравнений изохром определялся несколькими следующими причинами.

Во-первых, все перечисленные кристаллы практически прозрачны во всем видимом спектральном диапазоне, работа в котором наиболее удобна, наглядна и сопряжена с минимальными трудностями при анализе изображений изохром, полученных с помощью конических пучков лазерных лучей. Отметим, что в парателлурите иногда наблюдаются слабые полосы поглощения в зеленой части спектра [57], а ниобат лития может иметь слегка

желтую окраску. Однако при этом показатели поглощения света видимого диапазона и у парателлурита, и у ниобата лития, и у SBN достаточно малы (a < IO^-2CM^-1) для того, чтобы небольшие полосы поглощения могли заметно ухудшить качество изображений изохром и существенно уменьшить их информативность, о чем свидетельствуют данные работ [47,58].

Во-вторых, у выбранных кристаллов в видимом диапазоне достаточно

велико двулучепреломление (и абсолютное ΔN = IN₀— N_e∣, и относительное

AN

N_o

Это важно, поскольку «густота» линий - изохром в коноскопических картинах тем больше, чем больше указанные величины [47,58]. Кроме того, кристаллы SBN относятся к весьма редкому типу веществ в отношении двулучепреломления, у которых при нагревании до сравнительно невысоких температур (t< IOO⁰C) в видимом диапазоне наблюдается инверсия оптического знака - кристаллы из оптически отрицательных превращаются в оптически положительные, а при температуре, соответствующей инверсии, являются оптически изотропными.

В-третьих, в кристаллах парателлурита наблюдаются необычно высокое для диэлектриков, не являющихся ферромагнетиками, удельное оптическое вращение р (вращение плоскости поляризации линейно поляризованного света при его распространении вдоль оптической оси), а также необычно высокая дисперсия оптического вращения (^-Величина оптического вращения, безусловно, не может влиять на положение изохром, но влияет на их интенсивность. Однако, поскольку во многих современных работах это влияние исследовано, и накоплен обширный экспериментальный материал

по виду коноскопических картин, его также можно использовать для проверки корректности полученных уравнений изохром.

В-четвертых, и парателлурит, и ниобат лития являются технически ценными, дорогостоящими кристаллами, получаемыми только искусственным путем из расплава - с использованием достаточно сложных высокотемпературных ростовых технологий. При этом, поскольку проблемы дальнейшего повышения оптического качества этих кристаллов по-прежнему актуальны, коноскопические исследования, в результате которых выявляются различные оптические аномалии, имеют и большое прикладное значение [47,48]. Действительно, если локализация в кристалле объемов, в которых наблюдаются отклонения формы изохром от теоретической, известна и может быть соотнесена с ростовыми параметрами (скоростью роста, температурными градиентами, скоростями вращения кристалла и тигля и т.д.), соответствующими времени кристаллизации этих объемов, то появляется возможность целенаправленно корректировать ростовую технологию.

Монокристаллы парателлурита являются основным и самым эффективным материалом для светозвукопроводов акустооптических устройств всех известных типов (модуляторов, дефлекторов, электронно- перестраиваемых фильтров, процессоров, адаптивных дисперсионных линий задержки импульсов фемтосекундных лазеров) [59-63].

применение в ядерной физике - в качестве материала для детектирования актов двойного бета-распада [65].

Кристаллы ниобата лития применяются как материал для устройств нелинейной оптики, испытывались в качестве лазерного материала, но их основное назначение состоит в использовании пьезоэлектрических свойств в разнообразных пьезоэлектрических устройствах. В наиболее массовых масштабах ниобат лития применяется в качестве пьезопреобразователей, излучателей ультразвука акустооптических устройств практически всех типов, включая устройства, работающие в среднем ИК диапазоне (8-12 мкм) . Ниже кратко перечислены основные оптические свойства a —TeO₂,

свойства

Таблица 1. Показатели преломления парателлурита [66, 69]

Для диапазона длин волн 0,35-1,0 мкм известны следующие дисперсионные зависимости показателей преломления обыкновенного и необыкновенного лучей [70]:

где п₀ и п_е - показатели преломления обыкновенного и необыкновенного лучей соответственно, λ - длина волны света в мкм. Более сложный вид дис­персионных зависимостей для кристаллов парателлурита представлен в [69].

Гиротропия (оптическая активность)[6,71,72-73]. Удельное оптическое вращение р в парателлурите имеет необычно высокие для кристаллов диэлектриков значения во всем видимом диапазоне - от 87-------------------------------------------------------------------

MM для света с длиной волныв фиолетовой

области спектра, и, в особенности, в ближайшем УФ диапазоне [69,73], в котором величина р для длины волны λ = 355 нм, соответствующей третьей гармонике (3ω) излучения лазеров на ИАГ:Ай³⁺, составляет 700^^. При этом, согласно [6] дисперсионная зависимость p(λ)описывается следующей аштпоксимапионной (Ьопмулой:

Рисунок 21. Дисперсия оптического вращения в кристаллах парателлурита согласно данным работ [7,73]

Эффект Фарадея. Константа Верде, входящая в уравнение (1.55), описывающее связь поворота плоскости поляризации света, проходящего через кристалл толщиной Iвдоль луча с напряженностью магнитного поля Н. имеет также необычно высокие значения для кристаллов неферромагнитных веществ в видимом и ближнем УФ диапазонах спектра у кристаллов парателлурита. Согласно [71], константа Верде для различных длин волн имеет значения:

V (Л = 533 нм) = 6,11 ■ 10^_5рад ■ A^¹, V (Л = 633 нм) = 3,78 ■ 1(Г⁵рад ■ А"¹,

V (Л = 355 нм) = 12,5 ■ 10“⁵рад ■ А^-1.

Дисперсионная зависимость константы Верде для парателлурита выражается соотношением [21]

где AnB- константы, слабо зависящие от температуры.

Пьезооптические (упругооптические) свойства. Зависимости изменения диэлектрической непроницаемости ηкристалла от приложенного

механического напряжения σ_nили от соответствующей ему относительной деформации εвыражаются тензорными уравнениями.

Указанные в и. 1.4. данные об оптических свойствах монокристаллов парателлурита касаются, в первую очередь, тех свойств, которые важны и используются при различных экспериментах, проведенных в последующих разделах диссертационного исследования. При необходимости они дополнены в соответствующих параграфах, например, сведениями о температурных зависимостях показателей преломления.

Результаты анализа литературы и выводы по первой главе.

Интерес к методу коноскопии в последние годы резко усилился, о чем свидетельствует большое количество современных публикаций. В значительной степени он связан с новыми применениями метода в науке и технике, с новыми экспериментальными возможностями метода, 66

обусловленными развитием лазерной техники, а также с повышенным быстродействием современных компьютеров.

В настоящее время известны только приближенные методы расчета формы изохром в коноскопических картинах кристаллов, не дающие правильных количественных и качественных результатов. В частности, они приводят к неверному утверждению о том, что изохромами одноосных кристаллов могут быть кривые только второго порядка.

Многие важнейшие вопросы кристаллооптики (теории отражения, преломления и поляризации света), решение которых необходимо для вывода уравнения изохром, разработаны недостаточно и требуют новых подходов.

Для модельных кристаллов a —TeO₂, LiNbO₃, SBN,выбранных в настоящей работе с целью экспериментальной проверки рассчитанных форм изохром, в литературе имеется полный набор данных об использованных в уравнениях константах кристаллов этих веществ.