Вплив термохімічних обробок на оптичні та структурні властивості кристалів LiNbO3 - Автореферат

Це явище має як позитивний, так і негативний аспект - з одного боку, дозволяє використовувати кристали НЛ як матеріал для оптичного запису інформації [2], однак, з іншого боку, обмежує використання кристалів в оптоелектронних пристроях, де застосовуються потужні світлові потоки [3]. Нагрів кристалів у процесі оптичного запису до температур порядку 370…470 К забезпечує довготермінову фіксацію голограм, яка зумовлена ініційованими температурою переміщеннями іонів водню, які завжди присутні в кристалах у складі ОН-груп. Але не зважаючи на практичну важливість і на велику кількість досліджень, присвячених впливу відновлювально-окислювальних відпалів на оптичні властивості LINBO3, картина перебігу перетворень дефектів підчас високотемпературного термохімічного оброблення залишається далекою від повного розуміння, не поставлена крапка в установленні природи відповідальних за зміни оптичних властивостей дефектних центрів, не встановлені умови, за яких вплив на дефектну систему кристалу ніобату літію буде оптимальним та контрольованим з точки зору направленої модифікації його властивостей. Пояснюється це, з одного боку, тим, що властивості кристалів ніобату літію суттєво визначаються технологією їх одержання, а з іншого боку тим, що при дослідженні впливу термохімічного оброблення на властивості LINBO3 увага приділялася здебільшого не самому процесу взаємодії кристалу з атмосферою, а її наслідкам. Тому актуальними є комплексні дослідження змін властивостей кристалів ніобіту літію з контрольованою дефектною підсистемою безпосередньо у процесах високотемпературних відновлювально-окислювальних обробок, які повинні дати додаткову інформацію про перебіг процесів трансформації дефектів кристалів НЛ та ролі тих чи інших дефектів у зміні їхніх властивостей, визначити часові та температурні межі, у яких ці зміни відбуваються, обґрунтувати оптимальні режими направленої модифікації властивостей кристалів.У першому розділі подано огляд літературних даних про кристалічну структуру, особливості вирощування, фізико-хімічні, структурні та оптичні властивості кристалів номінально бездомішкового ніобату літію, а також кристалів ніобату літію, легованих магнієм та залізом. Після відновлювальних відпалів у вакуумі або в атмосфері водню у кристалах ніобату літію формуються принаймні два типи дефектних центрів, один з яких відповідає за оптичне поглинання в околі 27500 см-1, а другий - в околі 20000 см-1. Аналіз отриманих результатів та їх порівняння з відомими літературними даними дозволяє зробити припущення, що за поглинання у високоенергетичній смузі відповідають дефекти аніонної підґратки, а поглинання в околі 20000 см-1 зумовлене формуванням у кристалах біполяронів чи комбінацією смуги поглинання біполяронів та дефектів аніонної підґратки. Електрони, що вивільняються у процесі входженні водню до кристалу, можуть локалізуватися поблизу іонів ніобію, формуючи центри, подібні до поляронів малого радіусу, поглинання яких у кристалах НЛ спостерігається саме у цьому спектральному інтервалі. Вакансії кисню, що виникають у кристалах, можуть захоплювати як електрони, що вивільняються внаслідок виходу кисню, так і електрони, що зявляються під час входження водню до кристалу, формуючи центри F-типу.У дисертації вирішено науково-практичну задачу встановлення закономірностей перебігу процесів забарвлення та обезбарвлення кристалів бездомішкового LINBO3, нефоторефрактивного LINBO3:MGO та фоторефрактивного LINBO3:Fe під час відновлювального та окислювального високотемпературного відпалу, встановлені часові та температурні інтервали цих процесів, запропоновані моделі поглинаючих центрів і механізми їх утворення та руйнування. Проведені експерименти дозволили визначити часові і температурні межі перебігу процесів забарвлення/обезбарвлення в усіх трьох типах кристалів ніобату літію: показано, що при відновленні в атмосфері 5%H2-95%Ar за температури порядку 870 К повне потемніння кристалів у видимому діапазоні спектру відбувається протягом не більше ніж 60 хвилин, а їх обезбарвлення в атмосфері О2 - протягом не більше 12 хвилин, що дає можливість суттєво скоротити час термохімічного оброблення кристалів. Методом in situ спектрофотометрії вперше показано, що забарвлення монокристалів LINBO3 під час нагрівання у відновлювальній атмосфері відбувається у два етапи: в інтервалі температур 870…930 К виникає і наростає смуга поглинання з максимумом в околі 10000 см-1, а з подальшим ростом температури виникає потужна смуга з максимумом в околі 17000 см-1. У процесі охолодження кристалу LINBO3 у відновлювальній атмосфері від температур ~ 870 К, коли переважаючою в спектрі є смуга із максимумом 10000 см-1, зумовлена поляронами, відбувається перебудова цієї смуги внаслідок утворення біполяронів та перезаряджання дефектів аніонної підгратки так, що за кімнатної температури спостерігається лише смуга поглинання з максимумом поблизу 17000 см-1. Встановлено особливості процесу забарвлення кристалів LINBO3:MGO, які полягають у тому, що: а) обидві смуги, індуковані в

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ