Кристаллы квантовой и нелинейной оптики - Блистанов А.А.
ISBN 5-87623-065--0
Скачать (прямая ссылка):
В качестве примеров диэлектрических кристаллов, обладающих низким затуханием и перспективных для акустооптики, следует рассматривать кварц, ниобат лития и некоторые сложные ниобаты, силикат висмута BmSiCho, некоторые молибдаты, в частности РЬМоС>4, СаМоС>4, Вь(Мо04)з, и иодаты типа НЮэ. В числе кристаллов, обладающих большим Мг, чаще встречаются кристаллы с ярко выраженными полупроводниковыми свойствами (арсенид галлия, халькоге-ниды, пираргерит и др.), но эти кристаллы характеризуются большим затуханием звука.
В табл. 16.3 и 16.4 приведен ряд кристаллов, которые можно считать перспективными по величине, однако об их реальной перспективности можно судить только в том случае, если имеются надежные данные об их качестве и возможности получения.
16.2. МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ КВАРЦ
16.2.1. Структура и свойства
КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КВАРЦА
Кристаллический кварц, несмотря на относительно невысокое акустооптическое качество, - один из важнейших акусто оптических материалов. Роль кристаллов кварца в акусто оптике определяется тем, что они могут быть получены больших размеров и относительно высокого оптического качества. Ниже температуры кристаллизации (1710 °С) существует четыре модификации кристаллов кварца: криста -балит (1710...1470 °С), тридемит (1470...880 °С), Р-кварц (880...573 °С) и а-кварц (ниже 573 °С). При фазовых переходах кристаллы кварца испытывают значительные механические деформации, приводящие их к растрескиванию, поэтому кварц не может быть выращен из расплава и охлажден до комнатной температуры без разрушения. Выращивание кварца проводится гидротермальным методом при температурах ниже фазового а - р перехода. Основное значение в технике имеет а-кварц,
339
обладающий пьезоэффектом, а-кварц, имеющий симметрию 32, может иметь левую и правую модификации, что проявляется и во внешней форме кристалла (рис. 16.3, а, б) ив его физических свойствах. Различие физических свойств левого и правого кристаллов кварца определяется изменением знака кристаллофизических осей у или х.
Внешняя форма кристаллов кварца образована гранями пяти простых форм: т - грани гексагональной призмы, R - грани большого ромбоэдра, г - грани малого ромбоэдра, s - грани тригональной бипирамиды их - грани тригонального трапецоэдра. По положению г, s, х-граней можно определить, левым или правым является данный
Ри*. 16.3. Форма кристаллов а-кварца: а - правый; б - левый
Рис. 16.4. Структура кристаллов а-кварца
Sockoctl {0001}):
- ноны кислорода; Ш ф О - ионы кремния, находящиеся на различных уровнях по осн г; X, Y, U - кристаллографические оси; хь х2 -осн ортогональной кри-сталлофизическон системы координат
340
кристалл кварца. В природных и искусственных кристаллах кварца редко встречаются все грани. Обычно не сохраняются s и х-грани, расположенные около граней большого ромбоэдра. Структура кристаллов а-кварца показана на рис. 16.4.
Кристаллофизические оси в а-кварце располагают так, что ось г направлена вдоль оси симметрии 3, ось х (электрическая ось) совпадает с осью симметрии 2 и направлена в ребро между гранями призмы, а ось у (механическая ось) направлена перпендикулярно грани призмы [5]. По оси х кристаллы кварца обладают наибольшим пьезоэффектом. Электрические напряжения, приложенные по оси х, вызывают механические деформации по оси у. Положительным считается то направление оси х, в котором при растяжении образуется положительный заряд.
Физические свойства кристаллического кварца представлены в табл. 16.5 и ниже.
Плотность, г/см3.........................................................2,65
Молекулярная масса......................................................60,06
Твердость по Моосу..........................................................7
Температура плавления, °С................................................1470
Температура а-Р-перехода, °С............................................573,5
Удельное электрическое сопротивление при температуре 20 °С н
направлении тока II оси z, Ом/см3.................................20-1015
Удельная теплоемкость, кал/(г-К)..................................ср = 0,1770
Теплопроводность, Дж/(К см с) (T = 273 К):
II z..........................................................0,068
± г...........................................................0,114
С пайностъ.....................................................несов ершенная
Предел прочности, кг/см2:
прн сжатии....................................................3-104—4-104
при растяжении ......................................................1000
Коэффициент теплового объемного расширения............................30-10-6
Коэффициент теплового линейного расширения:
llz................................................................9-10-6
±z..............................................................14,8-10-6
Диэлектрическая проницаемость:
И z................................................................4,6
± г................................................................4,5
Коэффициенты упругости, ст„ (резонансный метод, Т = 273 К):
