Кристаллы квантовой и нелинейной оптики - Блистанов А.А.
ISBN 5-87623-065--0
Скачать (прямая ссылка):
Основными носителями заряда в кристаллах а-ЬЛОз являются [13] внедренные ионы Li+, движущиеся по винтовым каналам вдоль оси с, и вакансии лития, также движущиеся вдоль оси с. Замечено, что при изменении полярности приложенного напряжения электропроводность кристалла меняется. В результате температурные зависимости электропроводности - ст(Г), измеренные для направлений электрического тока [0001] и [ООО 1 ], оказываются различными (рис.
11.9). Такое различие ст(Т) свидетельствует о наличии внутренней
э.д.с. Действительно, в отсутствие внешнего напряжения между электродами, приложенными к плоскостям (0001) и (000 1 ) кристалла, протекаег ток короткого замыкания.
Появление токов короткого замыкания в а-ЬПОз было объяснено тем, что в полярном кристалле возможно протекание процесса электрохимического разложения из-за различия электрохимического потенциала разнополярных поверхностей кристалла [14]. В кристалле а-ЬПОз идет процесс разложения, сопровождающийся восстановлением ионов иода по реакции 15+ + п(е) —> 1<5 и переходом ионов кислорода в атомарное состояние (02~ —» О + 2е). Скорость этих реакций различна на поверхностях (0001) и (000 1 ). Процесс восстановления иода быстрее идет на поверхности (0001), что было доказано прямым измерением концентрации металлического иода на поверхностях (0001) и (000 1 ).
В результате возникает разность потенциалов между поверхностями (0001) и (000 1 ) и ток короткого замыкания. Появление тока короткого замыкания между полярными поверхностями - явление общее для полярных диэлектриков. Величина тока зависит от величины электропроводности кристалла и в кристаллах с низкой проводимостью может не обнаруживаться экспериментально.
282
1дв, Ом'1'™-*
Рис. 11.9. Температурная зависимость электропроводности, измеренная при протекании тока вдоль направлений:
1 - [0001]; 2 -[000 7] [15]
11.5. ОПТИЧЕСКИЕ И НЕЛИНЕЙНООПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КРИСТАЛЛОВ ЬИОз
Из всех иодатов, обладающих нелинейными свойствами (КЮз, НЮз и ЬИОз), наибольшее применение в нелинейной оптике получили кристаллы а-ЬЛОз. Они обладают удачным сочетанием свойств, определившим возможность их использования для создания умножителей оптических частот и параметрических генераторов. Оптические и нелинейно-оптические свойства кристалла ЬЛОз приведены ниже:
Ne, X = 1,06 мкм......................................................1,7165
No, X = 1,06 мкм......................................................1,8571
Nt, X = 5,3 мкм.......................................................1,7480
N„, X = 5,3 мкм.......................................................1,8982
Угол синхронизма 0С для (оо-е), X = 1,06 мкм..........................30 град
d-10~12 для (оо-е), Х= 1,06 мкм, м/В
du..............................................................-7,02
dn = d is.......................................................-7,11
^эфф-10~12 для (оо-е), Х= 1,06 мкм, м/В:..........................du sinS,. = 3,6
Область прозрачности, мкм......................................0,3...6,0
Предельная длина волны для ГВГ, мкм.........................................0,6
аес/аг,град/°с....................................!...................5Ю-*
1Д0, град см.................................................................15
1Д>_, им-см................................................................0,82
Относительно широкое применение этих кристаллов в нелинейной оптике стало возможным, поскольку:
1) они обладают наивысшими среди иодатов нелинейными коэффициентами. По величине нелинейных коэффициентов а-ЫЮз уступает таким кристаллам, как LiNb03, KNbCb, КТЮ(РО)4, но значительно превосходит кристаллы группы KDP;
2) широкая область прозрачности а-ЫЮз, значительное двупре-ломление (пе - п0 - 0,2...0,1) и высокая оптическая стойкость этих кристаллов в видимой области спектра позволяют использовать их для получения голубого излучения третьей гармоники (X. = 0,447 мкм) длинноволнового излучения неодимового лазера (X. = 1,341 мкм) [16], удвоения частоты коротковолнового излучения неодимового лазера (X = 0,946 мкм) [17] и удвоения частоты полупроводниковых лазеров (X =0,840 мкм), лазеров на кристаллах рубина (X = 0,6929 мкм) и для большинства параметрических процессов во всем диапазоне прозрачности;
3) кристаллы а-ЬПОз имеют меньшую гигроскопичность и гораздо большую температурную стабильность, чем НЮз. Кристаллы а-ЬПОз мало деградируют при комнатной температуре.
283
а-ЬПОз имеет высокую температурную стабильность угла синхронизма. Величина d0c/dr = 8,8-10~5 рад/°С для X = = 1,064 мкм в интервале температур от -80 до 130 °С.
Высокая температурная стабильность угла синхронизма в кристаллах a-ЬПОз не позволяет использовать температурную подстройку для достижения 90-градусного синхронизма. Подстройка угла синхронизма для требуемой частоты тоже не может быть достигнута изменением температуры; для этой цели можно использовать только поворот кристалла. Зависимость угла синхронизма от длины волны (рис. 11.10) показывает, что удвоение частоты кристаллами a-ЬПОз возможно для длин волн, близких к 0,6 мкм, т.е. для получения гармоник, близких к УФ области спектра. 90-градусный синхронизм достигается для X = 586 мкм и гармоники X = 293 мкм. В этой области спектра кристаллы а-ЫЮз имеют уже довольно большое поглощение (до 30 %). Недостатком кристалла a-ЫЮз является то, что при работе вдали от 90-градусного синхронизма из-за большого двупреломления происходит значительный снос луча, что снижает интенсивность второй гармоники.
