Кристаллы квантовой и нелинейной оптики - Блистанов А.А.
ISBN 5-87623-065--0
Скачать (прямая ссылка):
Снижение фоторефракции в LiNb03: Fe было обнаружено при легировании кристаллов примесью Mg2+ [154]. Впоследствии было показано, что и другие замещающие литий двух- и трехвалентные катионы, например Zn, In, Sc, способны подавлять фоторефракцию в LiNb03 [155 157]. Эти примеси были названы нефоторефрактивны-
ми. Легирование кристаллов LiNb03: Fe нефоторефрактивными примесями приводит к возрастанию фотопроводимости и снижению фоторефракции. Важно отметить, что эти эффекты резко проявляются при достижении некоторой пороговой концентрации нефоторефрак-тивной примеси. Для примеси Mg такой пороговой концентрацией является 5,5, а для Zn 7 % (мол.). Пороговые зависимости от концентрации нефоторефрактивной примеси проявляют и некоторые другие характеристики, например зависимость от концентрации примеси параметра решетки, края полосы поглощения и др. [159].
Влияние примеси на фоторефракцию может быть объяснено с кристаллохимических позиций. Ионы железа в LiNb03 могут размещаться и в узлах Nb - ([Fe^,]2- и [Fe^b]3~), и в узлах Li - ([Fe[[]+ и
[Fcl{]2+). Примесь, являющаяся нефоторефрактивной, замещает Li, создавая избыточный положительный заряд, вытесняет Fe из узлов Li. Ионы Fe в позициях лития являются донорами - [Fe^ Г и эффективными ловушками - [Fe^t]2+ заряда (сечение захвата [Fe^]2+ больше, чем [Fe^t,]2-). В результате фоторефрактивная чувствитель-
242
ность снижается, а уменьшение концентрации эффективных ловушек приводит к росту фотопроводимости. Пороговая концентрация достигается при условии полного вытеснения ионов Fe из позиций лития. При исследовании люминесценции кристаллов LiNbCb: Mg показано [158], что легирование Mg повышает люминесценцию LiNbCb, т.е. Mg создает в LiNbCb относительно мелкие уровни, через которые возможна рекомбинация фотовозбужденных носителей заряда. Таким образом, нефоторефрактивная примесь одновременно снижает концентрацию фотодоноров, число глубоких ловушек и создает дополнительные каналы рекомбинации. Все это вместе понижает эффективность ФР в кристалле.
9.10.4. ФОТОРЕФРАКЦИЯ В ПРАКТИЧЕСКИ ВАЖНЫХ
КРИСТАЛЛАХ
Как следует из сказанного, для получения значительного ФР-эффекта сегнетоэлектрик должен:
а) обладать свойствами, позволяющими эффективно проявляться по крайней мере одному из рассмотренных механизмов разделения заряда;
б) иметь достаточную концентрацию донорных центров, позволяющих с помощью фотовозбуждения достигать высокой концентрации неравновесных носителей;
в) иметь глубокие ловушки неравновесных носителей.
И доноры и ловушки обычно создаются одними и теми же примесями, находящимися в различных зарядовых состояниях, как, например, Fe2+ и Fe3+ в LiNbCb. Для наибольшей эффективности ФР соотношение концентраций доноров и ловушек должно быть оптимальным -1:1. Эти свойства материала определяют плотность объемного заряда и, следовательно, ФР эффективность, т.е. наведенное двупре-ломление 8(Дп) или дифракционную эффективность г|.
Ниобат лития (HJI)
Благодаря высоким электр о оптическим свойствам и фоточувсгви-тельносги, низкой темновой проводимости HJ1 является одним из самых эффективных фоторефрактивных кристаллов. Для повышения фоторефракции HJ1 используется примесь Fe. Концентрация примеси составляет 0,01...0,5 % (ат.). Присутствие примеси железа повышает фоторефракцию ниобата лития 8(Дп) более чем на порядок. Величина 8(Дп) возрастает с увеличением интенсивности света и стремится к насыщению при интенсивности / > 5 Вт/см2.
Изменение фоторефракции во времени хорошо описывается экспоненциальной зависимостью с характеристическим временем тм = = ее0/стф, где стф - фотопроводимость. Измерение тм позволяет оцени-
243
вать фотопроводимость. Учитывая то, что запись и считывание голограмм и измерение фоторефракции поляризационным методом проводятся при различных интенсивностях света, измерение фотопроводимости при различных интенсивностях тоже приходится проводить различными методами: для / < 0,1 Вт/см2 тм определяется по кинетике записи голографических решеток, для 0,1 < I > 2Вт/см2 тм - из зависимости от времени стирания голограмм, а при / > 2Вт/см2 тм - из кинетики изменения 8(Дп), измеряемого поляризационно-оптическим методом. Полученные тремя способами 5(Дп) хорошо сшиваются между собой1. Результаты измерения тм позволяют оценить фотопроводимость
Стф = 0,09-1 О*13/ (см/Ом-Вт) для чистого ЫМЪОз; стф = 1,5 Ю13/(см/Ом Вт) для LiNbCb: Fe (0,01 %).
Из-за низкой темновой проводимости время памяти фоторефракции в темноте для LiNb03 составляет сотни часов.
Низкая подвижность носителей заряда в LiNb03 делает пренебрежимо малым вклад диффузионных механизмов в фоторефракцию, так что основной причиной фоторефракции в LiNb03 является фотовольтаический эффект [123]. Константа Гласса для LiNb03 : Fe составляет к = 310 9 А см/Вт. Величина фотонапряжения и дифракци-
Рис. 9.51. Зависимость фотонапряжения от мощности засветки Не - Cd лазером кристаллов LiNbOj: Fe с различным содержанием Fe:
/ - 0,0052; 2- 0,05; 3- 0,1 % (мол.) [150]
Рис. 9.52. Зависимость дифракционной эффективности от времени записи Не - Cd лазером для образцов LiNbChc различным содержанием Fe:
