Кристаллы квантовой и нелинейной оптики - Блистанов А.А.
ISBN 5-87623-065--0
Скачать (прямая ссылка):
С учетом этих обстоятельств для монодоменизации ЫТаОз используется следующий режим:
1. Для получения однородного электрического поля применяются электроды, получаемые вжиганием палладиевой пасты. Контакты через пластинки или порошок того же состава, что и кристалл (как это делается для ЬПЧЬОз), не дают хороших результатов.
2. Кристалл нагревается до температур Тк +(40...50) °С (для стехиометрических кристаллов Тк = 620 °С и для конгруэнтных Тк = 603 °С), выдерживается при этих температурах под действием электрического поля в течение достаточно длительного времени. Время выдержки зависит от дефектности кристалла и в среднем составляет (1... 1,5) ч.
202
3. Напряженность электрического поля Е тоже зависит от дефектности кристалла и для г может быть определена эмпирической формулой
Е = [5 + 0,1(7;-620)].
4. После выдержки при Т > Тк кристалл охлаждается при включенном поле со скоростью 30...50 град/ч до 250 °С, после чего поле выключается и кристалл охлаждается до комнатной температуры.
Предварительный контроль качества монодоменизации можно проводить, наблюдая рассеяние света. Присутствие светлых (рассеивающих свет) областей в кристалле свидетельствует о неполной монодоменизации. В этом случае процесс можно повторить. Если и повторная монодоменизация не дает результата, то кристалл следует отправить на перекристаллизацию. Замечено, что для монодоменизации косых срезов требуется увеличение поля на 1 % от номинала на каждый градус отклонения оси кристалла от направления Р,.
Монодоменизацию кристаллов, имеющих структуру вольфрамовых бронз, можно рассмотреть на примере ниобата бария-натрия (НБН) [7]. В этих кристаллах сегнетоэлектрический фазовый переход происходит при изменении симметрии от 4/шшш (8-фаза) к 4mm (тетрагональная у-фаза) и возникает спонтанная поляризация вдоль оси 4. Для ниобата бария-натрия этот переход происходит при Тк = 580 °С. Переход из тетрагональной модификации в орторомбическую - это переход из одной сегнетоэлектрической фазы в другую. В ортором-бической (mm2) модификации возможны четыре ориентации вектора Ps: две по оси 4 и две по оси 2. Границы между доменами видны на поверхностях {001} как линии в направлениях [100] и [010] тетрагональной элементарной ячейки. Монодоменизацию кристаллов НБН можно проводить при Т = Тк + 50 °С и при относительно низких электрических полях (Е= 10...100 В/см) и плотности тока около 5-10~3 А/см2 с последующим охлаждением до комнатной температуры. Монодоменизация при более низких температурах (200 °С) тоже возможна, но требует много большей напряженности поля (до 103...105 В/см). При температуре переполяризации рекомендуется выдержка кристалла под действием электрического поля, длительность которой пропорциональна расстоянию между электродами (в течение 1 ч для образца длиной 1 см). Переполяризация сопровождается потерей кислорода и образованием центров окраски. Видимая граница голубой окраски распространяется от положительного электрода к отрицательному. Выдержку образца перед охлаждением рекомендуется заканчивать при достижении фронтом окраски отрицательного электрода.
Кристаллы KNbCb имеют структуру перовскита и сходные с ВаТ10з фазовые переходы, что определяет и сходство доменной
203
1
структуры KNbCb и ВаТЮз. Особенности доменов КМ>Оз сводятся к преимуществу определенных типов доменов и к различию кинетики доменных границ. При снижении температуры сегнетоэлектричество в кристаллах KNb03 появляется при их переходе в тетрагональную фазу (410 °С), в которой возможны домены с углами между Ps, равными 90 град и 180 град. Переход из тетрагональной в ромбическую фазу (200 °С) приводит к возможности появления доменов с углами между Ps 60, 90, 120 и 180 град. В низкотемпературной (Т < -10 °С) ромбоэдрической модификации возможны домены с углами между Р, 70° 32’, 109° 28’ и 180°. Подробно структура доменов в KNb03 рассмотрена в [7]. Схематическое изображение ориентации доменов, возможных в различных фазах структуры перовскита, показано на рис. 9.25.
При комнатной температуре в ромбической фазе кристалл КЫЬОз может иметь доменную структуру с 12 различными направлениями спонтанной поляризации (60 град - три, 90 град - четыре, 120 град - три и 180 град - две). Наиболее распространенными являются 90-градусные домены, имеющие вид тонких (десятки микрон) протяженных игл. Эти домены можно наблюдать только в поляризованном свете. 60-градусные домены имеют вид пластинок толщиной от 0,1 до нескольких миллиметров. Такие пластинки отражают свет и видны невооруженным глазом; 180-градусные домены оптически не выявляются (поворот оптической индикатрисы на 180 град - не меняет условий прохождения света), но могут быть выявлены травлением. Кристалл более интенсивно травится с отрицательной стороны домена. Доменная структура кристаллов KNb03 зависит от их качества, достигнутого при выращивании. В качественных кристаллах встречаются только 90- и 180-градусные домены.
Для монодоменизации следует выбирать направление электрического поля, которое соответствует преимущественному для данного кристалла направлению Ps. Напряженность поля обычно составляет
