WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика твердого тела, 2002, том 44, вып. 7 Магнитоиндуцированные изменения фоторефрактивной чувствительности в ниобате лития © В.В. Гришачев Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, 119899 Москва, Россия E-mail: grishachev@genphys.phys.msu.su (Поступила в Редакцию 15 мая 2001 г.

В окончательной редакции 16 октября 2001 г.) Методом генерации фазовой несинхронизированной второй гармоники исследовано влияние магнитного поля на среднюю фоторефрактивную чувствительность нелегированного кристалла LiNbO3. Полученные экспериментальные данные показывают, что фоторефрактивная чувствительность изменяет знак при превышении внешним магнитным полем величины B1 = -0.38 ± 0.04 T. Магнитное поле направлено перпендикулярно оптической оси кристалла и плоскости поляризации излучения лазера. Изменение фоторефрактивной чувствительности связывается с парамагнитными ионами железа, вероятность фотоионизации которых зависит от направления магнитного момента относительно оптической оси.

Фотоиндуцируемые лазерным излучением изменения вами кристалла, L — длина кристалла, — длина показателя преломления в кристаллах связываются с волны излучения накачки, n = |n - n2|, n, n2 — фотовольтаическими токами, фоторефрактивным эффек- показатели преломления на частоте накачки и второй том, влиянием тепловых эффектов и другими явлегармоники (ВГ). Как видно из (1), при сохранении ниями [1–5]. Фоторефрактивные свойства кристаллов геометрии взаимодействия волн (направления и полярииспользуются в устройствах голографической памяти, в зации излучений) интенсивность ГВГ I2 зависит только задачах обращения волнового фронта. С другой стороны, от разности показателей преломления n.

эти же свойства ограничивают применение кристалПусть в начальный момент генерации n = n0 и лов в нелинейно-оптических элементах, где требует(L/) n0 =(2m + 1)/2 (здесь m — целое число), ся стабильность оптических параметров. Управление что соответствует локальному максимуму интенсивфоторефрактивными параметрами кристаллов осущености ГВГ, тогда в последующие моменты времени ствляется легированием специальными ионами, изме n = n0+n. Фотоиндуцируемые изменения показателя нением рабочей температуры, приложением внешнего преломления определяются соответствующими механизэлектрического поля. Еще одно направление связывается мами так, что n = npr + npv + ntr +..., где npr —изс изменением фоторефрактивных свойств в магнитном менения, обусловленные фоторефрактивным эффектом, поле [6–10]. Основной механизм влияния магнитного npv связывается с фотовольтаическими токами, ntr хаполя связывается с эффектом Холла при возникноверактеризует тепловые изменения показателя преломлении диффузных, дрейфовых и фотовольтаических токов.

ния. Таким образом, кинетика интенсивности ГВГ IВ работах [9,10] предполагается существование иных определяется изменением n.

механизмов.

Введем параметр преобразования во ГВГ Основные исследования фоторефрактивных свойств кристаллов проводятся голографическими и интерфе- = I2/(I)2. Пусть 1 = ( n = n0), тогда, если ренционными методами. Кроме этих методов возмож- n0 n или m 1, получим но использование нелинейно-оптических способов изучения. Наиболее часто применяется метод генерации L = cos n. (2) второй гармоники (ГВГ), с помощью которого исследованы оптическая однородность [11], температурное фазовое рассогласование в кристаллах ниобата лития [12]. Условие n0 n выполняется для большинства слуВ предлагаемой работе экспериментально исследуется чаев, кроме области фазового синхронизма, где m = 0.

влияние магнитного поля на кинетику ГВГ в нелегироСледовательно, использование в эксперименте фазовой ванном кристалле ниобата лития (также см. [10]).

несинхронизированной ГВГ приводит к большей точности зависимостей (1) и (2), так как I I2. Кроме того, в эксперименте используется нелегированный кристалл 1. Эксперимент ниобата лития, область максимальной фоторефрактивИнтенсивность ГВГ в кристалле в приближении неиз- ной чувствительности которого приходится на синеменяющейся накачки описывается выражением [13] зеленую область спектра и более короткие длины волн.

В области наибольшей чувствительности находится геsin((L/) n) I2 = A(I)2, (1) нерируемая ВГ, излучение лазера в ней отсутствует.

n где I, I2 — интенсивность накачки и ГВГ, A —не- В случае фазового синхронизма интенсивность ГВГ который постоянный параметр, определяемый свойст- достигает значений порядка интенсивности накачки, что Магнитоиндуцированные изменения фоторефрактивной чувствительности в ниобате лития Кристалл обладал высокими оптическими качествами и применялся для преобразования частоты данного лазера.

Поле электромагнита было перпендикулярно плоскости поляризации и оптической оси кристалла, а по величине индукция поля не превышала 1.5 T.

2. Результаты База данных каждого измерения состояла из 300 000-400 000 значений интенсивностей I(N), I2(N) и индукции магнитного поля B(N) в относительных единицах (здесь N — номер лазерного импульса). С поРис. 1. Взаимная ориентация исследуемого кристалла мощью базы данных рассчитывались значения параметра (LiNbO3) и внешних электромагнитных полей. C —направ- преобразования (N) и энергия лазерного излучения, N ление оптической оси, = 6, E, E2 — направления векпрошедшего через кристалл, W (N) =W0 I(i)/I0, где торов напряженности электрического поля в волне излучения i=лазера и ГВГ, B — направление вектора индукции внешнего полученная в эксперменте I0 = W0/p. На основании магнитного поля.

данных (N) и W (N) строилась зависимость (W ), которая сглаживалась. Из данных сглаженной зависимости находились максимальное (max) и минимальное (min) приводит к существенным оптическим искажениям, а значения. Затем определялась окончательная зависипри длительном облучении может вызвать окрашивание мость (/1) = ( - min)/(max - min). Предлагаемый кристалла, сопровождаемое значительным снижением метод обработки данных приводит к появлению отрицапропускания и выходом зависимости I2(I) на насытельных экспериментальных значений для квадратичной щение. Для избежания таких искажений в эксперименте зависимости (W )/1 (2) и позволяет при аппроксимаиспользовалась генерация фазовой несинхронизированции не вводить два дополнительных параметра. Во время ной ВГ, когда интенсивность не может достигнуть криэксперимента значение магнитного поля оставалось потических значений и зависимости (1) и (2) выполняются стоянным. Для уменьшения влияния нестабильности рапри длительном облучении кристалла.

боты лазера значения (N) усреднялись по 100 соседним Обратим внимание на то, что в (2) n определяется точкам. Результаты эксперимента для разных значений разностью показателей преломления на разных длинах магнитного поля представлены на рис. 2.

волн. Изменение показателя преломления только на Измерения проводились без термостатирования ободной длине волны можно выделить, если использовать разца, поэтому уменьшение влияния тепловых эффектов специальную геометрию эксперимента. В таких кристал(теплового изменения показателя преломления, теплолах, как LiNbO3 [1,2], изменения показателя преломлевого расширения кристалла и др.) достигалось предвания для необыкновенного луча (e) больше в несколько рительным облучением образца лазерными импульсами раз, чем для обыкновенного луча (o), поэтому, если в течение 30-60 min. Результаты измерения для данного использовать для исследования коллинеарное взаимопромежутка времени не рассматривались. Это позводействие ee o или oo e, изменением показателя ляет утверждать, что во время измерения температура преломления обыкновенной волны можно пренебречь.

кристалла оставалась неизменной в пределах случайных Экспериментальное исследование кинетики I2 проколебаний, равных ±0.1C. Колебания температуры, водилось по оптической схеме измерения коэффицисвязанные со случайными тепловыми источниками, исента преобразования во ВГ при прохождении излучеключались сглаживанием экспериментальной зависимония накачки через кристалл LiNbO3 для взаимодейсти (здесь необходимо учесть, что вид функциональной ствия ee o. Геометрия эксперимента представлена зависимости известен, это увеличивает точность аппрокна рис. 1. В эксперименте применялся твердотельный симации). После проведения эксперимента наведенные импульсный лазер на YAG : Nd3+ с модуляцией до- изменения показателя преломления сохранялись длибротности и длиной волны = 1.06 µm, длительно- тельное время (несколько дней), а неполное восстановстью импульса p 10 ns, средней энергией в импуль- ление оптических параметров кристалла достигалось обсе W0 = 2 mJ, диаметром луча 2R = 0.8 mm, частотой лучением белым светом от лампы накаливания в течение следования импульсов f = 25 Hz. В излучении выделя- нескольких часов. Это позволяет проводить следующий лась одна мода излучения накачки. Для выделения ВГ эксперимент через один-два дня, но первоначальное использовались поглощающие светофильтры и монохро- состояние кристалла не достигалось, поэтому начальматор. Измерение интенсивности накачки осуществля- ная фаза экспериментальных зависимостей на рис. лось фотодиодом, а интенсивности ВГ — фотоэлектрон- непостоянна. После серии экспериментов в поперечной ным умножителем на каждый импульс лазера методом плоскости образца появлялись оптические искажения, стробирования. Кристалл ниобата лития имел попереч- наблюдаемые в дневном света в виде прозрачного кольца ные размеры 5.93 5.93 mm и длину L = 15.87 mm. вокруг луча диаметром 2-3cm.

Физика твердого тела, 2002, том 44, вып. 1304 В.В. Гришачев Рис. 2. Зависимости нормированного на максимальное значение 1 коэффициента от энергии прошедшего через кристалл лазерного излучения W для различных значений постоянного магнитного поля B. Точки — эксперимент, линия — аппроксимация функцией {cos[(W - Ws )/Wp]}2.

Физика твердого тела, 2002, том 44, вып. Магнитоиндуцированные изменения фоторефрактивной чувствительности в ниобате лития эксперименту зависимость B1 B Sp(B) =S sh + sh, (4) B0 Bгде S = S0 sh-1(B1/B0) =(3.8 ± 0.6) · 10-10 cm3 · J-1, p B1 = 0.38 ± 0.04 T, B0 = 0.16 ± 0.02 T — параметры аппроксимации. Значение функции sh-1(B1/B0) = 0.характеризует величину магнитного вклада в Sp(B).

Средняя величина фоторефрактивной чувствительности S0 кристалла при отсутствии внешнего магнитного p поля имеет порядок 2 · 10-9 cm3· J-1, что экстраполируется на измерения в видимой области спектра голографической чувствительности и исследования фоторефракции интерференционным и голографическим методами в нелегированном кристалле ниобата лития, которые представлены в обзорных работах [1–3].

Изменение знака магнитного поля меняет знак средней фоторефрактивной чувствительности, и при B = -Bнаблюдается компенсация оптических искажений, существующих в отсутствие магнитного поля. Отметим, что величина индукции магнитного поля B = -B1, при которой происходит компенсация фоторефракции, была рассчитана по другим экспериментальным данным, а затем экспериментально подтверждена (рис. 4).

Рис. 3. Зависимость фоторефрактивной чувствительности Sp, 3. Обсуждение результатов нормированной на фоторефрактивную чувствительность Sp при отсутствии магнитного поля, от величины постоянного На экспериментальных зависимостях (рис. 2, 4) намагнитного поля B. Точки — эксперимент, линия — аппрокблюдаются случайные колебания параметра преобразосимация функцией {sh(B1/B0) +sh(B/B0)}.

вания около значений, определяемых функцией (2). Такое поведение можно связать со случайными тепловыми источниками, которые окружают образец и имеют также случайный характер. Кроме случайных наблюдаются Экспериментальные данные (/1) могут быть аппрокрегулярные изменения типа обратного хода кинетики симированы зависимостью {cos ((W - Ws)/Wp)}2, где параметра (рис. 2, B = 0.47 T) или повторяющиеся чеWs, Wp — некоторые постоянные аппроксимации. Сраврез одинаковые интервалы числа прошедших импульсов нивая аппроксимирующую функцию с зависимостью (2), (рис. 2, B = 0 и -0.62 T). Их появление можно связать с определим в линейном приближении по плотности пофотоиндуцированным рассеянием когерентного излучеглощенной энергии среднюю фоторефрактивную чувстния лазера на оптических неоднородностях в кристалле, вительность кристалла [2,3] в их числе могут быть и тепловые неоднородности [3].

Исследуемый кристалл обладает малой темновой Rпроводимостью, поэтому влиянием магнитного поля Sp =. (3) Wp L на фотовольтаический ток, дифффузию и дрейф зарядов можно пренебречь. Это связано с соотношеЗдесь — коэффициент поглощения излучения накачки, нием характерных времен, соответствующих экспери(Wp/R2) — плотность поглощенной энергии, необхо- менту и свойствам кристалла: p ( f )-1 t M, димой для изменения разности показателей преломле- где p = 10-8 s — длительность лазерного импульса, ния на 0.5n0 = (/L). Величина n0 = 3.35 · 10-5 ( f )-1 = 0.04 s — временной промежуток между им соответствует изменению на полный период, по этому пульсами, t = 1.6 · 104 s — продолжительность эксперизначению можно оценить фоторефракцию в кристалле мента, M = 1010 s — время диэлектрической релаксадля каждого эксперимента. По данным, представленным ции. Малая длительность лазерного импульса приводит на рис. 2, рассчитывается зависимость Sp(B), которая к малому общему времени засветки p t f = 4 · 10-3 s, нормируется на среднюю фоторефрактивную чувстви- когда фотопроводимость имеет большое значение. Слетельность S0 при отсутствии магнитного поля (рис. 3).

довательно, при описании влияния магнитного поля на p Аппроксимация зависимости Sp(B) различными функ- формирование оптических искажений фотопроводимоциями показывает, что наиболее точно соответствует стью можно пренебречь. Собственная проводимость не Физика твердого тела, 2002, том 44, вып. 1306 В.В. Гришачев Рис. 4. Кинетика ГВГ в присутствии внешнего магнитного поля с индукцией B = -0.38 T, компенсирующего собственную фоторефракцию. Точки — эксперимент, линия — аппроксимация линейной функцией.

влияет на процессы за время проведения эксперимента в течение длительного времени. Основной вклад вносит (t M). В более ранних работах [6–9] влияние на фото- механизм локальной перезарядки ионов, который вперрефрактивную чувствительность магнитного поля иссле- вые был рассмотрен в работе [14].

Pages:     || 2 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.