Расчет нелинейно-оптической восприимчивости легированных кристаллов ниобата лития и установление влияния характера дефектной структуры

В работе исследовались 2 серии кристаллов двойного легирования LiNbO3:Zn:Mg и 2 серии кристаллов двойного легирования LiNbO3:Mg:B и порошки, полученные при размоле пластин, срезанных с верхней части були кристаллов. Первая серия кристаллов была получена по технологии прямого легирования. Вторая серия кристаллов была получена методом гомогенного легирования. Концентрации цинка и магния (Zn:Mg) в кристаллах LiNbO3:Zn:Mg, полученных методом прямого легирования, составляли: (3.57:1.20); (3.74:1.09); (4.02:1.15); (4.35:1.02) мол%. В кристаллах, полученных методом гомогенного легирования: (3.13:1.16); (3.83:0.97); (4.68:0.9) мол%. Содержание бора в кристаллах LiNbO3:Mg:B порядка ~ 10-3 мол%, а содержание Mg в случае гомогенного легирования ниобата лития составляло 3.60 и 4.20 мол% и в случае прямого легирования – 2.57, 2.73, 3.82, 3.25 мол% (в кристалле). Цель работы – определить фундаментальные аспекты изменения нелинейно-оптических и люминесцентных свойств в исследуемых кристаллах и оценить эффективность использования данных технологических особенностей для получения кристаллов высокого оптического качества. По данным структурных исследований рассчитывались нелинейно-оптические восприимчивости второго порядка и проводился сравнительный анализ полученных данных для исследуемых кристаллов LiNbO3:Zn:Mg, LiNbO3:Mg:B, а также для кристаллов, легированных только одной примесью. С использованием фотолюминесцентного анализа проводилось исследование связи центров свечения с концентрацией точечных дефектов. Результаты расчёта нелинейно-оптических коэффициентов для кристаллов LiNbO3:Mg:B и LiNbO3:Zn:Mg прямого и гомогенного легирования показывают, что метод гомогенного легирования – более подходящий метод получения кристаллов с высокими значениями нелинейно-оптических коэффициентов. Кристаллы, полученные методом двойного легирования, имеют преимущество перед кристаллами, полученными легированием только одной примесью. Установлено, что добавление небольшого количества бора (~ 10-3 мол%) оказывает сильное влияние на структурное состояние кристаллов LiNbO3 и, как следствие, на его оптические характеристики. Заметное увеличение значения тензорного коэффициента нелинейно-оптической восприимчивости второго порядка d33 (-67.1994•10-9 см/статВ) наблюдается в кристалле LiNbO3:Mg:B гомогенного легирования с концентрацией магния равной 4.2 мол% по сравнению с другими исследованными кристаллами LiNbO3:Mg:B, LiNbO3:Mg:Zn, LiNbO3:Zn, LiNbO3:Mg. Результаты работы опубликованы в высокорейтинговых журналах квартиля Q1 (Materialia) и Q2 (Optical Materials). Помимо этого ещё две статьи находятся на этапе рецензирования в журналах: Optical Materials (Q2) и Physica Status Solidi A: Applications and Materials Science (Q2). Результаты работы были представлены на двух конференциях: 1) на XII Международной конференции «Фотоника и информационная оптика», 2023 год, г. Москва; 2) на IV Всероссийской конференции с международным участием «Исследования и разработки в области химии и технологии функциональных материалов», 2023 год, г. Апатиты. Ожидается выступление на XIII Международной конференции «Фотоника и информационная оптика», которая состоится 24-26 января 2024 года, г. Москва. Проведенное исследование позволило выявить оптимальные технологические подходы при получении кристаллов высокого оптического качества для эффективного преобразования лазерного излучения. Кристаллы с эффективным преобразованием второй гармоники могут быть использованы при усовершенствовании устройств для накачки лазеров на красителях и кристаллах титан-сапфира, которые способны решать многие прикладные задачи. Кроме того, они могут использоваться в высокоскоростных оптических сетях и системах передачи данных.