WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика твердого тела, 2002, том 44, вып. 1 Релаксация пьезооптического двулучепреломления в кристаллах триглицинсульфата © Н.М. Демьянишин, Б.Г. Мыцык Львовский центр Института космических исследований Национальной академии наук Украины и Национального космического агентства Украины, 79000 Львов, Украина E-mail: mytsyk@mail.lviv.ua (Поступила в Редакцию 16 апреля 2001 г.) На примере сегнетоэлектрических кристаллов триглицинсульфата рассматривается эффект фотоупругой релаксации. Описаны два вклада в такую релаксацию — оптический и деформационный; определены процентные их соотношения в формировании суммарного эффекта. Приведены температурные зависимости амплитуд релаксации, индуцированных механическим напряжением разности хода и двулучепреломления.

Фотоупругая (пьезооптическая) релаксация — это обусловленная пластическими эффектами, отсутствует, изменение во времени оптических параметров образца поскольку действующие механические напряжения мапри действии строго постоянного механического напря- лые, а именно более чем на порядок меньше мехажения. Пьезокалорический механизм релаксационных нической прочности кристаллов ТГС (в эксперименте изменений индуцированной механическим напряжением использовались m = 10-50 · 105 N/ m2). Кроме того, m разности хода km доказан на примере кристаллов отсутствие пластических деформаций подтверждено отгруппы триглицинсульфата (ТГС) в [1,2]. В [3] отмечено, сутствием остаточных эффектов после снятия механичто величина релаксационного изменения разности хода ческого напряжения и завершения релаксации r ( ), km r определяется двумя вкладами: оптическим (это здесь — время релаксации.

km r релаксационное изменение двулучепреломления nr ) Соотношение для расчета dkm получим, исходя из слеkm и деформационным, обусловленным релаксационным из- дующих соображений. Быстрое действие механического менением толщины кристалла в направлении распро- напряжения m приводит к адиабатическому изменению r r странения света dkm. Однако остались невыясненными: температуры на величину Tm, которая определяется из 1) величина каждого из вкладов в суммарный эффект формулы [4] релаксации разности хода; 2) причины разных знаков r Tm = -(T0/Cp) · m · m, (2) величин r, которые могут определяться и разнознаkm ковостью двух упомянутых выше слагаемых в r.

km где индекс m обозначает направление действия давления, В этом сообщении приводятся и обсуждаются темm — коэффициент линейного расширения в направлепературные зависимости амплитуд релаксации nr нии действия давления, Cp — теплоемкость при постоkm чисто пьезооптического эффекта, описывающего измеянном давлении, приведенная к единице объема, T0 — нение двулучепреломления (а не разности хода) при температура внешней среды.

действии m.

В дальнейшем температура образца за время релаксаОтметим, что двухиндексное обозначение при r, km ции вследствие теплообмена с внешней средой, измеr nr и dkm не указывает на тензорный характер этих km няется до начального значения. Это релаксационное извеличин — они не являются тензорами, а индексы лишь r менение температуры (-Tm) вызывает релаксационное обозначают условия эксперимента: k = 1, 2, 3 — направ- r изменение размеров образца dkm, величина которого ления распространения света, m = 1, 2, 3 — направлепропорциональна коэффициенту теплового расширения ния действия давления.

k и величине изменения температуры Оптический и деформационный вклады в эффект фоr r тоупругой релаксации связаны с релаксационным изме- dkm = dk · k · (-Tm), (3) нением разности хода следующей зависимостью:

где индекс m обозначает зависимость как релаксационr r = (nk · dk)r = nr dk +nkdkm, (1) ного изменения температуры, так и релаксации деформаkm m km ции от направления действия давления. Соотношение (3) где dk — размер образца в направлении распространения будем использовать для расчета релаксации деформации светового луча, nk — двулучепреломление.

и с учетом (1) деформационного вклада в r (второй km r Из (1), определив dkm и используя экспериментально член).

измеренные величины r, можем найти величину km Для определения релаксации двулучепреломления сочисто пьезооптической релаксации nr.

km отношение (1) запишем с учетом (2) и (3) в следующем Подчеркнем, что релаксация линейных размеров виде:

r образца dkm имеет исключительно пьезокалорическую природу, так как возможная релаксация деформации, r = nr dk +nkdkk(T0/Cp)mm. (4) km km Релаксация пьезооптического двулучепреломления в кристаллах триглицинсульфата Оптический и деформационный вклады, рассчитанные на единицу длины, и релаксацию разности хода r /dk кристаллов ТГС km для некоторых температур и m = 50 · 105 N/ cmT0 = 293 K T0 = 321 K T0 = 327 K Геометрия опти- деформа- опти- деформа- опти- деформаэкспеr /dk 10-6 ческий ционный r /dk 10-6 ческий ционный r /dk 10-6 ческий ционный римента km km km вклад, % вклад, % вклад, % вклад, % вклад, % вклад, % k = 1 2.2 96.1 3.9 17.3 91.0 9.0 -1.7 100.3 -0.m = k = 2 -0.2 103.5 -3.5 1.7 70.0 30.0 -0.1 101.0 -1.m = k = 3 3.0 117.0 -17.0 -8.6 166.0 -66.0 3.8 99.4 0.m = Из (4), используя известные значения k и m [5], В таблице приведены сравнительные данные оптиnk [6] для кристаллов ТГС и измеренные нами r, ческого и деформационного вкладов (соответственно km рассчитаны релаксационные изменения двулучепрелом- первый и второй член в (1)) в релаксацию разности хода ления nr после приложения или снятия механиче- для некоторых температур.

km ского напряжения m. Отметим, что знак измеренного Из рисунка и таблицы следует.

экспериментально значения r определен относительkm 1. Деформационный вклад в r имеет разные знаки km но естественной разности хода k с помощью известных для разных геометрий эксперимента, т. е. в одних случаях компенсационных методов, исходя из следующего критеуменьшает r (например, для k = 3, m = 1 ниже Tc km рия: если r увеличивает естественную разность хода km k, оно имеет знак ”+”, если уменьшает — знак ”-”.

Рассчитать nr можно и другим путем. Выkm читая из температурных изменений разности хода k(T ) =nk(T ) · dk +nk · dk(T ) деформационный вклад (второй член), получаем, как и в [7], температурные зависимости изменений двулучепреломления nk(T ) и соответственно температурную производную dnk(T )/dT. Использовав эту производную и релакr сационное изменение температуры (-Tkm), определяем релаксацию двулучепреломления для каждой температуры Tr nr (T ) =(dnk(T )/dT ) · (-Tm), (5) km или с учетом (2) nr (T ) =(dnk(T )/dT ) · (T0/Cp)mm. (6) km Оба способа расчета дают одинаковые результаты в пределах погрешности экспериментального определения r (T ) и k(T ).

km На рисунке для кристаллов ТГС представлены температурные зависимости абсолютной амплитуды релаксации r, приведенной к единице длины (сплошная km линия), и рассчитанные описанным способом температурные зависимости релаксационного изменения двулучепреломления nr (штриховая линия) для тех геоkm метрий эксперимента, которые обладают относительно Температурные зависимости амплитуд релаксации индуциробольшими значениями релаксации фотоупругости r.

km ванных разности хода r /dk (сплошная линия, эксперимент) km Значения индексов k, m = 1, 2, 3 соответствуют направи двулучепреломления nr (штриховая линия, расчет) для km лениям, совпадающим с осями оптической индикатрисы кристалла ТГС: 1 — r /d1 и nr, 2 — r /d2 и nr, 13 13 23 3 — r /d3 и nr (m = 50 · 105 N/ cm2).

кристалла X1, X2, X3.

31 10 Физика твердого тела, 2002, том 44, вып. 146 Н.М. Демьянишин, Б.Г. Мыцык и для k = 1, m = 3 выше Tc), в других — увеличивает [5] J. Stankowski, W. Malinowski. Acta Phys. Pol. A58, 6, (1980).

(например, для k = 1, m = 3 ниже Tc и k = 3, m = [6] Н.Р. Иванов, В.Ф. Зотов. Кристаллография 11, 6, 924 (1966).

выше Tc).

[7] Н.Р. Иванов, С.Я. Бендерский, И.О. Тухтасунов. Изв. АН 2. При переходе через Tc знак деформационного вклада СССР. Сер. физ. 39, 4, 798 (1975).

для геометрий k = 1, m = 3 и k = 3, m = 1 изменяется.

[8] Н.А. Романюк, Б.Г. Мыцык. Оптика анизотропных сред. М.

3. При увеличении температуры к Tc во всех случаях (1985). 155 с.

абсолютная величина деформационного вклада увеличивается, а при T > Tc она незначительна ( 1%), вследствие чего на рисунке не отображена, и практически не зависит от T. Такая малая величина деформационного вклада в параэлектрической фазе обусловлена r в основном малой величиной dkm (малость последней следует из (3) при учете малых коэффициентов k при T > Tc [5]).

4. Релаксационные изменения двулучепреломления по сравнению с естественными (n1 = 0.075, n2 = 0.028, n3 = 0.103) очень малые, что подтверждается следующими примерами для T = 20C:

nr /n1 nr /n3 3 · 10-5, или 0.003%;

13 nr /n2 1.4 · 10-5, или 0.0014%. Однако по сравнению с пьезооптическими изменениями они имеют внушительную величину, например для T = 293 K имеем: nr /n13 5.7%, nr /n31 3.0%, nr /n23 1.5%, а для 31 T Tc: nr /n13 16.4%, nr /n31 16.6%, 13 nr /n23 7.0%, где nkm — пьезооптические изменения, которые получены из экспериментально определенных пьезооптических изменений разности хода km и учета величины упругого вклада по методике [8].

5. Хотя во всем температурном интервале исследования величина деформационного вклада всегда меньше оптического, в окрестности Tc она достигает больших значений и для геометрии эксперимента k = 3, m = составляет 66% от суммарного эффекта.

Из пункта 5 следует, что причиной разнознаковости величин r и изменения знака при переходе через Tc km не может являться разнознаковость оптического и деформационного вкладов, поскольку последний вклад всегда меньше. Разнознаковость обусловлена исключительно взаимодействием знаков термооптического (по разности хода) и пьезокалорического эффектов в пьезокалорической модели релаксации r, описанной в [1–3].

km В заключение отметим, что обнаруженная инверсия знака релаксации разности хода r и двулучепреломления nr при T = 308 K (кривая 2 на рисунке) есть не что иное, как пьезокалорическое отображение термооптического эффекта, для которого характерна такая инверсия при распространении света вдоль оси X2 [7].

Список литературы [1] Б.Г. Мыцык, Н.М. Демьянишин. ФТТ 40, 2, 318 (1998).

[2] Б.Г. Мыцык, Н.М. Демьянишин. УФЖ 43, 4, 479 (1998).

[3] N.O. Romanyk, B.H. Mytsyk, N.M. Demyanyshyn. Ferroelectrics 203, 101 (1997).

[4] Ю.И. Сиротин, М.П. Шаскольская. Основы кристаллографии. Наука, М. (1979). 639 с.

Физика твердого тела, 2002, том 44, вып.




© 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.