Кристаллы квантовой и нелинейной оптики - Блистанов А.А.
ISBN 5-87623-065--0
Скачать (прямая ссылка):
Центры окраски могут образовываться и с участием примеси ге-теровалентных катионов (Z-центры) [46], которые существуют в кристалле в виде диполей примесь - вакансия катиона. Полосы поглощения Z-центров смещены относительно F-полос в сторону длинных волн. Например, для КС1 положение пиков поглощения дня F-центров 2,225 эВ и для Z-центров - 2,046 эВ [30]. Z-ценгры образуются в ЩГК, содержащих F-центры и примеси щелочноземельных ионов. Z-центры могут быть получены при температурах, близких, но несколько превышающих комнатную, после выдержки в течение длительного времени (десятки часов) и засветки кристаллов в F-полосе [47] или в результате рентгеновского облучения кристаллов при комнатной температуре [48]. Считается, что образование Z-центров происходит в результате миграции и ассоциации с примесью подвижных анионных вакансий, образовавшихся в результате ионизации F-центров [47, 49]. Кинетика образования Z-центров, как и M-центров, описывается реакцией второго порядка [48], с константой равновесия
F.........
F2........
Fz'. S2-
2.77 эВ
1.77 эВ 1,18 эВ
113
KZ - T, /д, ^ д. Т ¦ (4-6)
^Fy^d -Nz)
где ;Vz концентрация Z-центров;
jVf - концентрация F-центров,
Nd - концентрация диполей ион примеси - катионная вакансия.
Из (4.6) следует, что при малых концентрациях Nz « Nd, Kz = = N7/Nf.
Центры, образующиеся при ионизации анионов (X), обнаруживаются экспериментально и рассмотрены теоретически [50]. В ЩГК эти центры можно представить, как молекулу Х-Г с осью вдоль направления <110> и центром в анионном узле кристаллической решетки. Эти центры не используются как центры-активаторы, однако они служат эффективными центрами рекомбинации и, следовательно, присутствие Х-центров способствует снижению концентрации активаторных центров окраски, так же как в оксидных кристаллах 0 -центры, являясь центрами рекомбинации, в некоторых случаях способствуют ослаблению дополнительной окраски (см. п. 1.2.4.)
Глава 5 ДЕФЕКТЫ ЛАЗЕРНЫХ КРИСТАЛЛОВ, ВОЗНИКАЮЩИЕ ПРИ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ
5.1. ДИСЛОКАЦИИ
Дислокации в кристаллах, используемых в квантовой электронике, представляют интерес, поскольку:
а) движение дислокаций приводит к релаксации напряжений при охлаждении кристалла после выращивания и термообработки кристаллов;
б) неоднородное распределение дислокаций в кристалле влияет на неоднородность коэффициента преломления и неоднородность распределения примеси-активатора;
в) движение дислокации (пластичность кристаллов) может влиять на механическую обработку кристаллов, качество поверхностей оптических элементов и структуру поверхностного, нарушенного механической обработкой, слоя;
г) дислокации влияют на массоперенос в кристалле, т.е. на кинетику перераспределения примеси и точечных дефектов при термообработке.
Дислокационная структура кристаллов определяется многими факторами, которые можно классифицировать как внутренние, присущие 114
самому кристаллу, и внеш- о ние, характеризующие воздействие на кристалл. Внутренними факторами, определяющими дислокационную структуру кристалла, являются свойства самого кристалла:
1. Тип химической связи, атомная структура кристал ла, величина параметра ре- , .
_ г г г Рис. 5.1. Схема температурной зависимости иа-
шетки, тип барьеров, препят- пряжений:
СТВуюХЦИХ ДВИЖенИЮ ДИСЛО- стт - предел текучести; Сту - термоупругие иапря-КЗЦИЙ. жения; ахр - предел хрупкого разрушения
2. Наличие примеси в
кристалле и однородность ее распределения. Этот фактор особенно важен для лазерных кристаллов, содержащих примесь-активатор.
3. Образование дислокационных петель при сегрегации точечных дефектов, в частности вакансий.
Температурная зависимость подвижности дислокации и напряжения течения определяет температурную область пластичности, в которой термоупругие напряжения достигают величины напряжения течения (предел текучести) и релаксация термоупругих напряжений происходит в результате движения дислокаций (рис. 5.1). Это область развития дислокационной структуры. Температурный интервал пластичности во многом зависит от типа и величины барьеров, препятствующих движению дислокаций. Для кристаллов с низким барьером Пайерлса, в которых движение дислокаций контролируется локальными центрами закрепления (точечные дефекты, «лес» дислокаций и др.), интервал пластичности обычно очень велик. Примером таких кристаллов являются ЩГК (рис. 5.2), для которых температурный интервал пластичности простирается от температуры плавления до температур, близких к абсолютному нулю. Низкий барьер Пайерлса в ЩГК и их высокая пластичность определяются: а) низкой энергией связи в одновалентных ионных кристаллах, чему соответствуют относительно низкие температуры плавления; б) простой кристаллической структурой с малыми векторами трансляции и, следовательно, с малыми векторами Бюргерса и энергиями дислокаций. Вследствие высокой подвижности дислокаций и широкой области пластичности ЩГК после выращивания обычно имеют плотность дислокаций до Ю4..Л05 см2. Поскольку в ЩГК движение дислокаций контролируется локальными центрами закрепления, основными способами упрочнения этих кристаллов являются легирование и деформационное упрочнение. Наиболее эффективными упрочняющими примесями для
