Термооптические характеристики кристаллов парателлурита
Введение
Развитие лазерной техники во многом определяется возможностями тех материалов, на основе которых создаются квантовые генераторы и системы управления оптическим лучом. Одной из важнейших групп таких материалов являются диэлектрические кристаллы. За десятилетия развития квантовой оптики в качестве сред для генерации и управления характеристиками оптического излучения (преобразование частоты, фазы, интенсивности и направления распространения оптических волн) были опробованы множества кристаллов.
Из литературных данных [1, 2] известно, что изменения температуры акустооптической (АО) ячейки влияют на показатели преломления материала, и, следовательно, на скорость распространения акустических волн в используемом кристалле, и его акустооптическое качество. К тому же, используемые для создания АО ячеек материалы, как правило, обладают сильной анизотропией как акустических, так и акустооптических свойств. Поэтому для различных срезов кристаллов, определяющих геометрию и назначение АО устройства, температурное воздействие должно проявляться с разной силой [3]. Источниками тепла в устройствах являются поглощение звука в объеме кристалла и передатчика, а также электрические потери в нем. Последние могут иметь высокий уровень в случае определенной структуры передатчика и технологии его формирования. Проблема повышения температуры в процессе работы не может быть решена классическими методами, позволяющими извлечь звук из кристалла (звукопоглощающие слои или вторичные передатчики на обратной стороне).
Содержание
Введение................................................................................................................. 4
Глава 1. Литературный обзор.............................................................................. 6
1.1. Акустооптика........................................................................................ 6
1.2. Материалы для устройств акустооптики......................................... 13
Глава 2. Оксид теллура (ТеО2) ........................................................................... 16
2.1. Структура и свойства парателлурита............................................... 16
2.2. Методы выращивания кристалла парателлурита.......................... 19
2.3. Дефекты структуры кристалла парателлурита............................... 25
2.4. Акустооптические приборы и сфера их применения.................... 28
2.5. Температурные эффекты в акустооптических ячейках................. 34
Глава 3. Измерительное оборудование и объекты исследования................... 41
3.1. Техника измерения температурной зависимости угла дифракции акустооптического дефлектора............................................................... 41
3.2. Объект исследования........................................................................ 42
Глава 4. Температурная зависимость угла дифракции и оптических свойств акустооптического дефлектора на основе кристалла парателлурита............ 43
Заключение.......................................................................................................... 49
Список литературы............................................................................................. 50
Список литературы
1. Molchanov V.Ya., Lyuty V.M., Esipov V.F., Anikin S.P., Makarov O.Yu., Solodovnikov N.P. // Astronomy Lett. 2002. V. 28. P. 713. doi 10.1134/1.1512228
2. Проклов В. В. Акустооптика//Большая российская энциклопедия. Москва, 2005, стр. 384.
3. Ohmach Y., Uchida N., Niizeki N. // J. Acoust. Soc. Am. 1972. V. 51. P. 164. doi 10.1121/1.1912826
4. Ярив А., Юх П. Оптические волны в кристаллах/ Пер. с англ. – М.: Мир,1987. – 616 с. ил.
5. Балакший В.И., Парыгин В.Н., Чирков Л.И. Физические основы акустооптики. М., Радио и связь, 1985г. – 280 с.
6. Магдич Л. Н., Молчанов В. Я. Акустооптические устройства и их применение. М., «Сов. радио», 1978, 112 с.
7. Корпел А. Акустооптика / Пер. с англ. М.: Мир, 1993. 240 с.
8. Баранский К.Н. Физическая акустика кристаллов. – М.: МГУ, 1991.
9. Диссертация на соискание ученой степени/ Юхневич Т. В./ Широкоапертурное взаимодействие в акустооптических фильтрах видимого и ультрафиолетового диапазона электромагнитного спектра. С. 125.
10. Проклов В. В. Акустооптика // Большая российская энциклопедия. Том 1. Москва, 2005, стр. 384.
11. А. И. Колесников Современные материалы для акустооптических устройств на объемных волнах – Вестник ТвГУ. Серия "Физика". 2011. Выпуск 15. С. 67–85
12. Антонов, С. Н. Акустооптический дефлектор с отводом тепла от пьезопреобразователя при акустической изоляции теплоотвода / С. Н. Антонов // Акустический журнал. – 2019. – Т. 65. – № 5. – С. 588-595. – DOI 10.1134/S0320791919050034.
13. Tretiakov, S., Kolesnikov, A., Kaplunov, I. et al. Thermal Imaging and Conoscopic Studies of Working Acousto-optical Devices on the Base of Paratellurite. Int J Thermophys 37, 6 (2016)
14. Исследование акустооптических характеристик кристаллов теллура в режиме анизотропной дифракции света/ В.И. Балакший, В.Б. Волошинов, Г.А. Князев, Л.А. Кулакова / МГУ им. М.В. Ломоносова
15. Исследование влияния температуры на функционирование акустооптических фильтров / С. Н. Манцевич, Т. В. Юхневич, В. Б. Волошинов // Оптика и спектроскопия. – 2017. – Т. 122. – № 4. – С. 694-700. – DOI 10.7868/S003040341704016X
16. Schweppe H. // Ultrason. 1970. V. 8. P. 84–87. doi 10.1016/0041–624X(70)90045-4.
17. Yoshiro Ohmachi and Naoya Uchida , "Temperature Dependence of Elastic, Dielectric, and Piezoelectric Constants in TeO2 Single Crystals", Journal of Applied Physics 41, 2307-2311 (1970)
18. Silvestrova I.M. // Phys. Stat. Sol. 1987. V. 101. P. 437.
19. Ledbetter H., Leisure R.G., Migliori A., Betts J., Ogi H. // J. Appl. Phys. 2004. V. 96. P. 6201. doi 10.1063/1.1805717.
20. Chang I.C. // Appl. Phys. Lett. 1974. V. 25. P. 370. doi 10.1063/1.1655512
21. Voloshinov V.B. // Ultrason. 1993. V. 31. P. 333. doi 10.1016/0041-624X(93)90066-9
22. Voloshinov V.B., Molchanov V.Ya., Babkina T.M. // Tech. Phys. 2000. V. 45. P. 1186. doi 10.1134/1.1318107
23. Температурные поля в светозвукопроводах акустооптических устройств на основе парателлурита / К. А. Морозова, Е. И. Каплунова, С. С. Рыбина [и др.] // Вестник Тверского государственного университета. Серия: Физика. – 2015. – № 1. – С. 38-49.
24. Патент на изобретение 2338816 РФ, МПК: C30B15/20, C30B29/16/ Способ выращивания монокристаллов парателлурита из расплава по чохральскому/ Колесников А.И., Смирнов Ю.М., Каплунов И.А./ ГОУ ВПО Тверской государственный университет
25. Кристаллы квантовой и нелинейной оптики. Блистанов А. А. Учебное пособие для вузов. - М.: МИСИС, 2000. - 432 с.
26. ТУ 2329-401-02068290-07 Монокристаллы парателлурита для оптических деталей и светозвукопроводов акустооптических устройств.// Колесников А.И., Смирнов Ю.М./ ГОУ ВПО Тверской государственный университет – 2007 г. – 7с.
27. Исследование технологии изготовления конструкции дефлектора на основе монокристалла парателлурита / Ю. В. Писаревский, А. В. Вишняков, А. В. Гуров // Мировая наука. – 2020. – № 7(40). – С. 252-259.
28. Optical Absorption and Reflection Spectra of Paratellurite, TeO2 //Takeo Takizawa Journal of the Physical Society of Japan, 48, 505-510 (1980) 10.1143/JPSJ.48.505
29. Balakshy V.I., Voloshinov V.B., Karasev V.A., Molchanov V.Ya., Semenkov V. // Proc. SPIE. 1996. V. 2713. P. 164. doi 10.1117/12.234185
30. Uchida N. // Physical Review, 4, №10, 3736 (1971).
Таким образом, анализ литературных данных показывает, что при разработке АО устройств помимо подбора функционального материала для АО ячейки необходимо значительное внимание уделять температурному режиму работы будущего устройства ввиду наличия температурных зависимостей оптических параметров акустооптически-активных кристаллов. Изменение температуры может возникать как в результате колебания температуры окружающей среды, так и при поглощении ультразвуковой волны кристалла. Вместе данные процессы приводят к дрейфу параметров функционирующего устройства, что вызывает необходимость разработки подходов к исследованию способов стабилизации температурных параметров АО ячеек и устройств на их основе.