Монокристаллический материал srmgf4 и способ его получения

Изобретение относится к области получения сегнетоэлектрических монокристаллов фторидов, применяемых в нелинейной оптике. Получен монокристаллический материал фторида SrMgF4, обладающий способностью к преобразованию лазерного излучения в ВУФ/УФ области спектра от длины волны 0,122 мкм до 11,8 мкм с коэффициентом нелинейности для моноклинной фазы dij=0.044 пм/В и характеризующийся наличием сегнетоэластического фазового перехода при 480 K. Выращивание монокристаллического материала SrMgF4 оптического качества осуществляют методом Бриджмена из расплава SrMgF4, имеющего температуру плавления 1173 K, в вертикальной двухзонной печи с температурами 1470 K и 970 K в зонах печи при температурном градиенте в области роста 10-20 K/см, скорости опускания ампулы порядка 1 мм/день и охлаждении в режиме отключенной печи с последующим отжигом кристалла. Изобретение позволяет создавать периодические структуры, на которых возможна реализация квазифазового синхронизма, что обеспечивает увеличение КПД преобразования лазерного излучения даже при невысоких параметрах нелинейности кристалла. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к сегнетоэлектрическим монокристаллам фторидов, предназначенных к применению в качестве нелинейно-оптического материала для использования в ВУФ-УФ диапазоне.

В настоящее время остро стоит проблема получения нелинейно-оптических материалов для генерации когерентного излучения в ВУФ и УФ диапазонах. Существует корреляция между нелинейной восприимчивостью, шириной запрещенной зоны, краем фундаментального поглощения: наиболее широкозонные материалы, пригодные для работы в ВУФ-УФ диапазоне, характеризуются низкими нелинейными коэффициентами, Так, для кристаллов LiB3O5 (LBO) и KBeBO3F2 (KBBF) составляют d31(1.06)=0.67, d32=0.85, d33=0.04 и d11(1.064)=0.49, соответственно (Nikogosyan, D.N. Nonlinear Optical Crystals: A Complete Survey; Springer, 2005).

Существует возможность повышения эффективности нелинейного преобразования, если кристалл является сегнетоэлектриком. В этом случае, прикладывая внешнее электрическое поле, можно создавать нелинейные элементы из доменов с противоположным направлением вектора спонтанной поляризации. При этом реализуется так называемый квазифазовый синхронизм («quasi-phase-matching»), при котором многократно возрастает эффективность преобразования и снимаются ограничения на фазовые синхронизмы. Наиболее эффективно такой подход реализован для монокристаллов KTiOPO4 (КТР) [Pasiskevicius V.S., Wang S., Tellefse J.A., Laurell F., Karlsson H. Appl. Opt. 1998, 37, 7116-7119) и LiNb3O5 [Edler I.F., Terry J.A. C.J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 2000, 2, L19-L23]. Однако их диапазоны прозрачности ограничены в коротковолновой области. Например, монокристаллы КТР прозрачны в диапазоне лишь от 0,350 до 4.5 мкм [Nikogosyan, D.N. Nonlinear Optical Crystals: A Complete Survey; Springer, 2005].

В последнее время в качестве оптического материала для использования в ВУФ-УФ диапазоне рассматриваются монокристаллы BaMgF4. Они характеризуются широким диапазоном прозрачности от 0,125 до 13 мкм и отсутствием центра симметрии, но их существенным недостатком является достаточно низкое значение нелинейного коэффициента [Villora E.G., Shimamura K., Sumiya K., Ishibashi H. Opt. Express. 2009, 17, 12362; Berman H.G.J.G., Crane G.R., J. Appl. Phys. 1975, 46, 4645]. По данным [Nikogosyan, D.N. Nonlinear Optical Crystals: A Complete Survey; Springer, 2005] для кристаллов BaMgF4 коэффициент нелинейности dij не превышает 0.039 пм/В.

Более перспективным материалом для работы в указанной области могут стать монокристаллы SrMgF4. Установлено, что они имеют пространственную группу P21 [Ishizawa N., Suda K., Etschmann B.E., Oya Т., Kodama N.. Acta Cryst. C, 2001, 57, 784]. В работе мелкие монокристаллы SrMgF4 получены из раствора, и они не рассматривались в качестве нелинейного сегнетоэлектрического материала.

Задачей изобретения является получение монокристалла фторида SrMgF4, пригодного к использованию в нелинейной оптике, а также характеризующегося наличием сегнетоэлектрических свойств, которые позволяют увеличить КПД преобразования лазерного излучения.

Методом Бриджмена получен новый монокристаллический материал фторида SrMgF4, обладающий способностью к преобразованию лазерного излучения в ВУФ/УФ области спектра от длины волны 0,122 мкм до 11,8 мкм с коэффициентом нелинейности для моноклинной фазы dij=0.044 пм/В и характеризующийся наличием сегнетоэлектрических свойств, позволяющих создавать периодические структуры, на которых возможна реализация квазифазового синхронизма, что обеспечивает увеличение КПД преобразования даже при невысоких параметрах нелинейности кристалла.

Монокристаллический оптический материал SrMgF4 оптического качества выращен из расплава SrMgF4, имеющего температуру плавления 1173 K, методом Бриджмена в двухзонной печи с температурами 1470 K и 970 K в разных зонах печи при температурном градиенте в области роста 10-20 K/см, скорости опускания ампулы порядка 1 мм/день и охлаждении в режиме отключенной печи с последующим отжигом кристалла.

Монокристалл, имеющий химическую формулу SrMgF4, характеризуется наличием сегнетоэластического фазового перехода при температуре 480 K, сопровождающийся изменением низкотемпературной фазы моноклинной симметрии с пространственной группой P21 на высокотемпературную фазу ромбической симметрии с пространственной группой Cmc21, а также способностью к преобразованию лазерного излучения в ВУФ/УФ области спектра от длины волны 0,122 мкм до 11,8 мкм с коэффициентами нелинейности для низкотемпературной фазы dij=0.044 пм/В и для высокотемпературной фазы dij=0.021 пм/В, при этом низкотемпературная фаза имеет параметры решетки: а=7.4736 Å, b=16.8835 А, с=7.8010 Å, β=105.0302°, объем элементарной ячейки V=950.6611 Å3, количество формульных единиц в элементарной ячейке Z=12, плотность 3.9383 г/см3, а высокотемпературная фаза имеет параметры решетки: а=3.9369 Å, b=14.4884 Å, с=5.6379 Å, объем элементарной ячейки V=321.58 Å3, количество формульных единиц в элементарной ячейке Z=4, плотность 3.8808 г/см3.

Выращенные монокристаллы SrMgF4 оптического качества объемом около 1 см3 идентифицированы как низкотемпературная сегнетоэлектрическая фаза моноклинной симметрии с пространственной группой P21 с параметрами решетки: а=7.4736 Å, b=16.8835 Å, с=7.8010 Å, β=105.0302°, объемом элементарной ячейки V=950.6611 Å, количеством формульных единиц в элементарной ячейке Z=12, плотностью 3.9383 г/см3. Установлен характер фазового перехода, сопровождающегося изменением низкотемпературной фазы моноклинной симметрии с пространственной группой P21 на высокотемпературную фазу ромбической симметрии с пространственной группой Cmc21 при температуре 480 K, определена структура высокотемпературной фазы.

Структура SrMgF4 изображена на фиг. 1 и представлена цепочками октаэдров MgF6, между которыми расположены атомы Sr.

На Фиг. 2 приведен спектр пропускания кристаллов SrMgF4 толщиной 1,2 мм (1), а также более детально для образцов 0,5 мм (2) и 1,2 мм (3) во вставке при температуре 300 K. Диапазон прозрачности составляет от 0,122 мкм до 11,8 мкм, в то время как ближайший аналог - кристалл BaMgF4 прозрачен лишь от 0,125 до 13 мкм. Коэффициент нелинейности dij=0.044 пм/В выше аналогичного показателя для монокристаллов BaMgF4, который не превышает 0.039 пм/В.

Таким образом, впервые показано, что монокристалл SrMgF4 является перспективным материалом для преобразования лазерного излучения в ВУФ/УФ области спектра, поскольку обладает нецентросимметричной структурой, широким диапазоном прозрачности в ВУФ области спектра, а также наличием сегнетоэлектрических свойств, позволяющих создавать периодические структуры.

1. Монокристаллический материал SrMgF4, обладающий способностью к преобразованию лазерного излучения в ВУФ/УФ области спектра от длины волны 0,122 мкм до 11,8 мкм с коэффициентами нелинейности для моноклинной фазы dij=0.044 пм/В и характеризующийся наличием сегнетоэлектрических свойств, выращен из расплава SrMgF4, имеющего температуру плавления 1173 K, методом Бриджмена в двухзонной вертикальной печи.

2. Способ получения монокристаллического материала SrMgF4 оптического качества выращиванием из расплава SrMgF4, имеющего температуру плавления 1173 K, методом Бриджмена в вертикальной двухзонной печи с температурами 1470 K и 970 K в зонах печи при температурном градиенте в области роста 10-20 К/см, скорости опускания ампулы порядка 1 мм/день и охлаждении в режиме отключенной печи с последующим отжигом кристалла.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к оптической технике. В способе ограничения интенсивности лазерного излучения (ЛИ), включающем подачу потока лазерного излучения на вход устройства, ограничивающего мощность лазерного излучения, подачу потока ЛИ ведут путем последовательного пропускания потока ЛИ через размещенный на входе в оптическую систему в фокальной плоскости двух сопряженных линз первый каскад, а затем через второй каскад.

Изобретение относится к области оптической техники, а именно к ограничителям мощности приемников лазерного излучения, и может найти применение для защиты глаз, оптических систем и приемников лазерного излучения от разрушающего действия входного излучения высокой мощности.

Изобретение относится к области квантовой электроники оптического диапазона, в частности к разработке преобразователей излучения на основе нелинейно-оптических кристаллических сред с периодической структурой доменов, поляризованных в противоположных направлениях, и может быть использовано для создания малогабаритных лазерных источников.

Изобретение относится к оптике. .

Изобретение относится к нелинейной оптике и оптоэлектронике и может быть использовано в оптических системах записи и считывания информации, в волоконно-оптической связи и в лазерных проекционных системах.
Изобретение относится к способу получения монокристаллов трибората цезия с нелинейно-оптическими свойствами, которые могут быть использованы в лазерной технике при изготовлении преобразователей частоты лазерного излучения.

Изобретение относится к ограничителям мощности оптического излучения. .

Изобретение относится к области оптической техники. .

Изобретение относится к оптике и может быть использовано для защиты фотоприемных устройств от ослепления лазерным излучением повышенной интенсивности и при создании нелинейно-оптических ограничителей излучения, предназначенных для защиты органов зрения от повреждения лазерным излучением, для создания низкопороговых оптических переключателей.

Изобретение может быть использовано в детекторах ионизирующего излучения в виде электромагнитных волн низких энергий, гамма-, рентгеновского излучения, космических лучей и частиц.

Изобретение относится к технологии получения сцинтилляционных монокристаллов и может быть использовано при изготовлении чувствительных элементов детекторов гамма- и рентгеновского излучения Сцинтилляционные монокристаллы La(1-m-n)HfnCemBr(3+n), где m - мольная доля замещения La церием (0,0005≤m≤0,3), n - мольная доля замещения La гафнием (0≤n≤0,015), получают из смеси бромидов металлов.
Изобретение относится к области технологии оптических кристаллических материалов, используемых в качестве оптической среды повышенной радиационной стойкости, предназначенной для передачи фотонного излучения с различной частотой и мощностью оптических сигналов.
Изобретение относится к области получения материалов, прозрачных в инфракрасной области спектра, которые могут быть использованы для изготовления оптических элементов, прозрачных в области длин волн от 0,4 до 25 мкм, неохлаждаемых детекторов χ- и γ - излучений для ядерно-физических методов диагностики и контроля, а также изготовления волоконных световодов ИК-диапазона.
Изобретение относится к области получения материалов детекторов для регистрации ионизирующего излучения, которые могут быть использованы для инфракрасной оптики, лазерной техники, акустооптики.

Изобретение может быть использовано в медицинских томографах, при неразрушающем контроле в промышленности, для обеспечения безопасности при осмотре личного имущества, в физике высоких энергий.
Изобретение относится к области получения материалов, прозрачных в инфракрасной области спектра, а именно кристаллов галогенидов серебра и таллия, которые могут быть использованы для изготовления оптических элементов, прозрачных в области длин волн от 0,4 до 25 мкм, а также для изготовления волоконных световодов ИК-диапазона.
Изобретение относится к области получения материалов прозрачных в инфракрасной области спектра, а именно кристаллов галогенидов серебра, которые могут быть использованы для изготовления оптических элементов прозрачных в области длин волн от 0,4 до 15 мкм, а также для изготовления волоконных световодов среднего ИК диапазона.

Изобретение относится к технологии получения оптических поликристаллических материалов, а именно фторидной керамики, имеющей наноразмерную структуру и усовершенствованные оптические, лазерные и генерационные характеристики.
Изобретение относится к технологии получения оптических поликристаллических материалов, а именно фторидной керамики, имеющей наноразмерную структуру и усовершенствованные оптические, лазерные и генерационные характеристики.
Изобретение относится к методам крепления затравки при получении монокристаллов полупроводниковых и металлических материалов из расплава. Для крепления затравки в горизонтальном стеклянном вакуумированном контейнере проводят расплавление большей части затравки со стороны, противоположной месту затравливания, и расплав кристаллизуют в контакте со стенками контейнера.

Изобретение относится к области получения сегнетоэлектрических монокристаллов фторидов, применяемых в нелинейной оптике. Получен монокристаллический материал фторида SrMgF4, обладающий способностью к преобразованию лазерного излучения в ВУФУФ области спектра от длины волны 0,122 мкм до 11,8 мкм с коэффициентом нелинейности для моноклинной фазы dij0.044 пмВ и характеризующийся наличием сегнетоэластического фазового перехода при 480 K. Выращивание монокристаллического материала SrMgF4 оптического качества осуществляют методом Бриджмена из расплава SrMgF4, имеющего температуру плавления 1173 K, в вертикальной двухзонной печи с температурами 1470 K и 970 K в зонах печи при температурном градиенте в области роста 10-20 Kсм, скорости опускания ампулы порядка 1 ммдень и охлаждении в режиме отключенной печи с последующим отжигом кристалла. Изобретение позволяет создавать периодические структуры, на которых возможна реализация квазифазового синхронизма, что обеспечивает увеличение КПД преобразования лазерного излучения даже при невысоких параметрах нелинейности кристалла. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх