Оптическая неоднородность кристаллов лангасита

Лантангаллиевый силикат — лангасит (LGS, La3Ga5SiOi4) тригональный кристалл (точечная группа 32), обладает большими, чем у кварца пьезоэлектрическими коэффициентами и коэффициентом электромеханической связи. Он имеет направления с хорошей температурной стабильностью частоты упругих колебаний, что позволяет его успешно использовать для изготовления устройств на объемных и поверхностных акустических волнах [1—3]. Широкое применение кристаллы LGS начинают находить в качестве монолитных фильтров [4], высокочастотных резонаторов и высокотемпературных датчиков [5]. Кристаллы LGS обладают и уникальным сочетанием оптических свойств: широкой областью прозрачности, электрооптическим и пьезооптическим эффектами, оптической активностью, линейным и циркулярным дихроизмом и др. [1, 6−9].

Некоторые оптические свойства уже нашли практическое применение. Например, разработан внутрирезонаторный электрооптический затвор на элементе из LGS для лазера на HAT: Nd+3 при частоте импульсов 5 Гц, энергии 350 мДж и длительности 7.8 не [10]. Показано, что LGS оказался эффективнее, чем KDP (лазерная стойкость у LGS выше почти на порядок). По отношению к кристаллам группы KDP LGS имеет то преимущество, что не гигроскопичен, хотя электрооптический коэффициент в нем в три раза меньше. Кристаллы КТР имеют преимущество перед LGS, но технология выращивание крупных кристаллов КТР еще не отработана. Проведена оценка возможности использования кристаллов LGS в качестве лазерной матрицы (легирование неодимом) [6, 7].

Кристаллы LGS выращивают методом Чохральского [13]. Сложный состав LGS и особенности его выращивания приводят к неоднородности кристалла. Выращивание кристаллов ведется из расплава конгруэнтного состава. Предварительный синтез шихты из окислов и летучесть компонентов при росте способствуют отклонению состава расплава от конгруэнтного. Влияние газовой атмосферы, нестабильность параметров роста и изменение формы фронта кристаллизации приводит к возникновению дефектов (непостоянство состава, полосы роста, включения, пузыри, трещины и др.) и неоднородности как по длине выросших кристаллических буль, так и по их диаметру [13−18]. Эта дефектность кристаллов LGS приводит к неоднородности физических свойств [1,7, 14, 19−24]. Различны скорости ПАВ даже в пределах одной кристаллической пластины [29−31]. Наблюдается разброс значений упругих постоянных кристаллов в работах различный авторов [27, 28]. От дефектности кристаллов зависят и их оптические свойства [18−26, 32]. Значения показателей преломления, приводимые в работах [22−24], и удельного угла вращения плоскости поляризации света в [7, 23, 25, 26] значительно отличаются. Отмечаются также трудности при измерении оптического вращения и циркулярного дихроизма [23].

Таким образом, промышленное выращивание LGS сдерживается изменением физических свойств кристаллов по объему, связанное с их дефектностью, определяемой сложностью состава и несовершенством технологии выращивания.

Поскольку LGS имеет практическое применение и перспективен для использования в оптике, очень важно установить причины оптической неоднородности кристаллов и влияния их дефектности на значение величин оптических свойств. С одной стороны, это позволит рационально использовать монокристаллы LGS для изготовления оптических элементов, а с другой сформулировать рекомендации для дальнейшего совершенствования технологии выращивания LGS с целью применения их в оптике.

выводы.

1. Дефекты в кристаллах LGS, возникшие в процессе выращивания, приводят к возникновению оптической неоднородности. Интерференционным методом в кристаллах LGS определена величина градиента показателей преломления от 5−10″ 4 см" 1 до 1.8−10″ 3 см" 1, а поляризационно-оптическим методом оценена величина аномального двупреломления света 8п=(0.8 — 5.0)-10″ 5.

2. Рентгеновские топограммы от поверхности кристаллов, рентгенофазовый анализ состава кристаллов, измерение спектров поглощения и микроскопические исследования позволяют считать, что градиент показателя преломления и аномальная оптическая двуосность в исследованных кристаллах LGS наблюдаются в областях, где присутствуют полосы роста и блочность, которые в основном определяются нестабильностью фронта кристаллизации и непостоянством состава кристалла по длине кристаллической були и ее диаметру.

3. Измерения показателей преломления методом призмы показали, что:

— показатели преломления изменяются как по длине кристаллической були, так и по ее диаметру;

— наибольшие изменения показателей преломления наблюдаются в местах наличия полос роста и блочности.

4. Измерена дисперсия показателей преломления в кристаллах LGS в видимой области спектра при комнатной температуре.

5. Измерения удельного угла вращения плоскости поляризации при распространении света вдоль оптической оси кристалла LGS показали, что:

— для исследованных кристаллов при комнатной температуре на длине волны ^.=0.633 мкм средний удельный угол вращения плоскости поляризации света р=3.25 ± 0.08 угл.град./мм;

— измеренный при комнатной температуре удельный угол вращения плоскости поляризации света отличается от кристалла к кристаллу и от места измерения на образце. Удельный угол вращения плоскости поляризации света коррелирует с частотой интерференционных полос на интерферограммах, полученных от.

179 исследованных образцов, и зависит от положения плоскости поляризации падающего на кристалл света;

— измерена при комнатной температуре в видимой области спектра дисперсия удельного угла вращения плоскости поляризации света р согласуется с литературными данными.

6. Измерения электрооптических коэффициентов поляризационно-оптическим методом в постоянном электрическом поле при комнатной температуре на длине волны Х=0.633 мкм в кристаллах LGS показали:

— рассчитанное среднее значение электрооптического коэффициента rii=2.62 пм/В и r4i=1.20 пм/В;

— на измеряемую величину Гу оказывает влияние неоднородность кристалла, наибольшие отклонения наблюдаются в областях с аномальной двуосностью;

Выражаю благодарность сотрудникам кафедры, за помощь в проведении эксперимента, Сагаловой Т. Б. за рентгенофазовый анализ и доктору физико-математических наук Рощупкину Д. В. за проведение рентгенотопографических исследований образцов.

Отдельно выражаю благодарность проф. [Блистанову A.A.j за помощь при обсуждении результатов эксперимента.