Определение направления кристаллографических осей кристалла ниобата лития электрооптическим методом



Скачать 68.21 Kb.
Дата23.04.2013
Размер68.21 Kb.
ТипДокументы

Определение направления кристаллографических осей кристалла ниобата лития…


В


.В. КРИШТОП, М.Н. ЛИТВИНОВА, Ю.М. КАРПЕЦ, И.А. ГАРАНЬКОВА

Дальневосточный государственный университет путей сообщения, Хабаровск
Определение направления кристаллографических осей кристалла ниобата лития электрооптическим методом
Для исследования оптических свойств кристаллов очень часто необходимо знать его оптические оси симметрии. В работе [1] был предложен электрооптический метод определения направлений кристаллофизических осей на примере кристалла LiNbO3. В данной статье приводится теоретическое обоснование данного метода и практическое его подтверждение. Описывается применение метода решетки коноскопических фигур на примере кристалла ниобата лития и его обоснование.
Идеальный кристалл характеризуется пространственной решеткой, определяемой элементарной ячейкой. Ребра элементарной ячейки параллельны кристаллографическим осям X, Y, Z, а их размеры a, b, c являются единичными отрезками вдоль этих осей. Оси координат выбираются по осям симметрии или по нормалям к плоскостям симметрии [2].

Для описания физических свойств кристаллов, а также для аналитического представления их точечных групп симметрии, в кристаллах выбираются ортогональные кристаллофизические оси x, y, z.

Для кристаллов класса симметрии 3m кристаллографические оси X и Y совпадают по направлению с кристаллофизическими осями x и z.

В электрооптике и нелинейной оптике часто необходимо знать направление осей в кристалле. В работе [3] предложен простой оптический метод нахождения оптической оси в одноосном кристалле при наблюдении коноскопических фигур.

Поворот и деформация эллипсоида показателя преломления при воздействии внешнего электрического поля позволяет разработать электрооптический метод определения направления кристаллофизических осей x, y в кристалле LiNbO3 с помощью коноскопических фигур.

При прохождении расходящегося поляризованного света через систему поляризатор-кристалл-анализатор на экране наблюдаются коноскопические фигуры, которые являются результатом интерференции обыкновенного и необыкновенного лучей. Общий вид и специфические свойства коноскопических картин определяются, в первую очередь, строением, оптическими свойствами и ориентацией кристалла [2].

К


Рис. 1.
Поворот главных осей эллипсоида показателя преломления x, y в кристалле LiNbO3 под действием электрического поля с напряженностью E; O и O' – выходы индуцированных оптических осей; ось y' направлена вдоль плоскости индуцированных оптических осей; ось z перпендикулярна к плоскости рисунка
оноскопическая фигура, наблюдаемая в кристаллах ниобата лития вдоль оптической оси, представляет собой систему светлых и темных окружностей, разделенных, в зависимости от положения поляроидов, светлым или темным «мальтийским крестом».

Во внешнем электрическом поле с напряженностью E, приложенном перпендикулярно оптической оси кристалла z, коноскопическая фигура изменяется и имеет вид, характерный для двуосного кристалла. Угол между вектором напряженности электрического поля E и осью y определяется проекциями вектора напряженности на кристаллофизические оси (рис. 1):

α = arctgEx/Ey. (1)

Угол поворота осей β=α/2 [1]. Для угла между напряженностью электрического поля E и плоскостью индуцированных оптических осей получим:

φ = α + β = 3α/2. (2)

Таким образом, ось y направлена под углом α к вектору напряженности электрического поля E:

α = 2φ/3. (3)

По коноскопическим фигурам кристалла ниобата лития, находящегося во внешнем электрическом поле, необходимо измерить угол φ между направлением напряженности электриче­ского поля E и плоскостью индуцированных оптических осей и по формуле (3) определить направление оси y (рис. 2). Зная направление оси y, легко определить направление кристаллофизической оси x и кристаллографической оси X [1].

С

Рис. 2. Коноскопические картины в кристалле ниобата лития, помещенного в электрическое поле: а – соответствует φ = 0°(справа показано направление кристаллографической оси кристалла y' и вектором E внешнего электрического поля); б – соответствует φ = 30° (справа показано направление кристаллографической оси кристалла y' и вектором E внешнего электрического поля, α = 20°)

ледует отметить, что коноскопические фигуры кристалла ниобата лития, на­ходящегося в электрическом поле, имеют одинаковый вид для α = α± 2π/3, где α*–некоторый фиксированный угол. Данный факт можно объяснить эквивалентностью кристаллографических осей X, Y, U, что является следствием симметрии кристалла ниобата лития.

Электрооптический метод позволяет с помощью коноскопических фигур кристалла ниобата лития, находящегося в электрическом поле, достаточно просто и быстро определить направления кристаллофизических и кристаллографических осей.

С этой целью был поставлен эксперимент. Излучение лазера проходило через поляризатор, рассеиватель и попадало на кристалл ниобата лития, ориентированного вдоль оптической оси z. В кристалле каждый луч разбивается на два, которые когерентны между собой и имеют взаимно перпендикулярные направления поляризации. Кристалл помещали между обкладками конденсатора, к которому прикладывали электрическое поле (в нашем эксперименте вектор напряженности электрического поля был направлен снизу вверх). После анализатора обыкновенный и необыкновенный лучи интерферируют между собой. В результате интерференции лучей, проходящих через кристалл, возникают характерные интерференционные картины на экране.

В ходе опыта кристалл был сразу ориентирован так, чтобы угол между направлением напряженности электрического поля Е и плоскостью индуцированных оптических осей составлял 0°. Изменения направления добивались вращением кристалла вдоль известной оптической оси ОZ.

На рис. 3 представлены экспериментальный и теоретический графики зависимости угла поворота плоскости индуцированных оптических осей φ от направления электрического поля относительно оси y. Полученная зависимость φэксп(α) является линейной, и хорошо согласуется с теоретической зависимостью, рассчитанной по формуле (3).

Электрооптический метод определения направлений кристаллофизических осей в кристалле LiNbO3, описанный в данной работе, позволяет достаточно быстро и наглядно определить направление оптических осей в любом одноосном кристалле данного класса симметрии.

В работах [4, 5] предложен метод исследования оптических свойств кристаллов—метод решетки коноскопических фигур на примере кристалла ниобата лития. В процессе обработки, роста кристаллов или после воздействия различного рода полей могут измениться показатели преломления кристалла. В общем случае кристалл становится двуосным. По коноскопической фигуре кристалла (в различных точках кристалла) легко определить, является кристалл одноосным или двуосным и величину двулучепреломления (собственного и наведенного).

В
1

2
областях, где имеются дефекты или наведенное дву­луче­преломление, наблюдая картины, соответствующие дву­осно­му кристаллу (рис. 2, б), по углу между индуци­рованными оптическими осями определяем величину наведенного дву­луче­преломления:



Рис. 3. Зависимость угла поворота плоскости индуцированных оптических осей φ от направления электрического поля относительно оси y: 1 – экспериментальная; 2 – теоретическая; α – угол между направлением электрического поля и осью y

sin θ = (Δ/Δ0)½, (4)

где 2θ – угол между индуцированными осями, Δ = n1n2 – наведенное двулучепреломление, Δ= nen0 – двулучепреломление.

По величине наведенного двулучепреломления Δ можно определить значение эффектив­но­го электрического поля в данной области кристалла.

С этой целью кристалл ниобата лития помещают между поляризатором и анализатором. Излучение лазера проходит через поляризатор, рассеиватель и попадает на кристалл ниобата лития, ориентированного вдоль оптической оси z. В результате интерференции обыкновенного и необыкновенного лучей, проходящих через кристалл, возникают характерные интерференционные картины на экране. Таким образом, сканируя лазерный луч по грани кристалла, можно получить серию коноскопических фигур в каждой точке плоскости, перпендикулярной к оптической оси кристалла.

По величине наведенного двулучепреломления Δ можно определить значение эффективного электрического поля в данной области кристалла. Вычисленное по данным значение Δ составило порядка 10-5.

Анализ этих фигур позволяет определять распределение наведенного двулучепреломления в кристалле и его величину. По этим данным можно судить о распределении в кристалле тепловых, электрических или механических напряжений. Величину напряженности электрического поля, возникшего из-за какого-либо внешнего воздействия на кристалл, можно оценить по коноскопическим фигурам для кристалла, помещенного в однородное электрическое поле. При этом необходимо учитывать ориентацию оптических осей кристалла.

При фиксированном положении лазерного луча, можно регистрировать наблюдающиеся коноскопические фигуры с помощью камеры или фотоаппарата. Полученные изображения коноскопических фигур позволяют судить о локальных изменениях оптических свойств кристалла, происходящих с течением времени в процессе воздействия внешних полей.
Список литературы


  1. Литвинова М.Н. Электрооптическая модуляция и преообразование немонохроматического
    излучения в анизотропных кристаллах / М.Н. Литвинова – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2007.

  2. Сиротин Ю.И. Основы кристаллофизики / Ю.И. Сиротин, М.П. Шаскольская. М.: Наука, 1979.

  3. Цернике Ф. Прикладная нелинейная оптика / Ф. Цернике, Дж. Мидвинтер. М.: Мир, 1976.

  4. Пикуль О.Ю., Алексеева Л.В., Повх И.В. и др. // Изв. Вузов. Приборостроение. 2004. Т. 71. № 1. С. 68.

  5. Криштоп В.В., Литвинова М.Н., Сюй А.В. и др. // Оптический журнал. 2006. Т. 73. № 12. С. 84.



Похожие:

Определение направления кристаллографических осей кристалла ниобата лития электрооптическим методом iconПьезоэлектрические монокристаллы, используемые в резонаторах, генераторах, фильтрах и датчиках, на объемных акустических волнах
Оры, фильтры, генераторы и датчики на объемных акустических волнах разрабатываются и изготавливаются на основе применения различных...
Определение направления кристаллографических осей кристалла ниобата лития электрооптическим методом iconЧисленное моделирование процесса распространения электромагнитного поля в волноводах типа фотонного кристалла методом разложения по цилиндрическим функциям
Фкс с диэлектрической сердцевиной и оболочкой в виде 2D фотонного кристалла. Метод основан на разложении поля по цилиндрическим функциям...
Определение направления кристаллографических осей кристалла ниобата лития электрооптическим методом iconМетодические указания к лабораторной работе Москва, 2003 г. Лабораторная работа 2 Определение концентрации раствора методом титрования
Цель работы: ознакомление с понятием "растворы" и способами выражения содержания растворенного вещества; определение концентрации...
Определение направления кристаллографических осей кристалла ниобата лития электрооптическим методом iconФизика твердого тела § 49. Элементы кристаллографии основные формулы Молярный объем кристалла
М — молярная масса вещества;  — плотность кристалла. Объем V элементарной ячейки в кристаллах
Определение направления кристаллографических осей кристалла ниобата лития электрооптическим методом iconУдк 512. 5 Орбиты фигур евклидова пространства при действии конечных представлений кристаллографических групп
Для создания интегрированной программной среды систем gap и Maple,позволяющей строить орбиты ломанных линий при действии конечных...
Определение направления кристаллографических осей кристалла ниобата лития электрооптическим методом iconОрдинатой и аппликатой
Системой координат называется совокупность одной, двух, трех или более пересекающихся координатных осей, точки, в которой эти оси...
Определение направления кристаллографических осей кристалла ниобата лития электрооптическим методом iconКонтрольная работа №2 1 Дать пояснения к схеме «Продольный профиль реки» 15 баллов 2 Дать пояснения к схеме «Этапы образования террас»
У кристалла из элементов симметрии есть только центр. Какая сингония этого кристалла?
Определение направления кристаллографических осей кристалла ниобата лития электрооптическим методом iconЛабораторная работа определение координат объекта методом фотографической астрометрии студента группы и-302 Соболева А. А. Руководители
Отождествление астронегатива и определение точных сферических координат звёзд по опорному каталогу 4
Определение направления кристаллографических осей кристалла ниобата лития электрооптическим методом iconЛабораторная работа №1 определение влажности грунта методом высушивания до постоянной массы
Определение влажности грунта методом высушивания до постоянной массы
Определение направления кристаллографических осей кристалла ниобата лития электрооптическим методом iconТема: Индикация состояния окружающей среды методом оценки
Цель работы: исследование рекреационных зон и определение состояния окружающей среды методом оценки симметрии листовой пластинки...
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org