Трьох- і чотирьох хвильове розсіяння світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками (стр. 2 из 6)
(5)Це означає, що реєструвалося випромінювання, розсіяне на звичайних поляритонах.
§2. Розсіяння світла на поляритонах в умовах нелінійної дифракції
Зміна нелінійній сприйнятливості в просторі надає дію на протікання параметричного процесу в кристалі. Періодична модуляція нелінійної сприйнятливості впливає на умови просторового синхронізму[6]:
, (6)де
- вектор оберненої гратки, пов'язаний з шарами-доменами, d - товщина шаруючи 
- одиничний вектор, перпендикулярний шарам, m - ціле число. Умови тимчасового синхронізму при цьому не міняються. Ефективна нелінійна сприйнятливість (5) може бути розкладена у вигляді(ceff(2)º): 
(7)Амплітуди просторових гармонік квадратичної сприйнятливості мають вигляд:
(8)Тоді поляризація на частоті розсіяного випромінювання виглядає таким чином:
(9)Звідси видно, що інтенсивність розсіяного випромінювання в напрямі, відповідному m-ому порядку дифракції, пропорційна Фурье-амплітуді cm.
Нелінійна дифракція дозволяє отримати нове рівняння просторового синхронізму при генерації другої гармоніки. У роботі [7] досліджували генерацію другої гармоніки (ВГ) в неоднорідному кристалі ніобіту барії-натрію. Прослідкувала температурна залежність інтенсивності ВГ при нелінійній дифракції світла в околиці сегнетоэлектрического фазового переходу. Вище за температуру цього переходу доменів немає, тому інтенсивність ВГ різко падає, не опускаючись до нуля, оскільки існує залишкова поляризована шарів.
У роботі [6] отримані спектри нелінійної дифракції в полідоменном кристалі ніобіту барії-натрію при параметричному розсіянні світла. При цьому вектор нормалі шарів
був перпендикулярний вектору накачування 
. Спостерігалося розсіяння в першому і другому порядку дифракції, зміщеного по куту щодо нульового порядку дифракції. По отриманих спектрах визначено відхилення напряму зростання шарів від оптичної осі кристала і період регулярної доменної структури .У роботі [8] отримані одночасно в одному кристалі друга і третя гармоніки випромінювання 1,064 мкм. При генерації другої гармоніки в рівняння хвилевих векторів входив хвилевий вектор нелінійної дифракції першого порядку (m=1), а при генерації третьої гармоніки - третього порядку (m=3). Кристал складався з ділянок з періодичними доменами різної товщини. У кожному процесі брала участь область з доменами, товщина яких задовольняла рівнянню просторового синхронізму.
§3. Експериментальна установка для спостереження СПР
Основними елементами експериментальної установки (рис.3) для отримання спектрів спонтанного параметричного розсіяння на поляритонах (ПР-спектрограф) є: аргоновий лазер (1) з довжиною хвилі lL=488нм, нелінійний кристал (6), дві призми Глана (поляризатор (5) і аналізатор (6)), трьох лінзова оптична система (8) для отримання кутового спектру і спектрограф (10) для отримання частотного спектру.
Випромінювання лазера після направляючих дзеркал (2) проходить через діафрагми (3); накачування, що служать для контролю положення. Далі поляризатор (5) виділяє поляризацію накачування, паралельну щілині спектрографа. Аналізатор (6) пропускає сигнальну хвилю з поляризацією, перпендикулярній виділеній поляризації накачування. Інтерференційний фільтр (9) затримує випромінювання накачування, що залишилося.
Мал.3. Оптична схема для спостереження параметричного розсіяння.
1. Ar+лазер; 2. Дзеркало ; 3. Діафрагма ; 4. Довгофокусна лінза ; 5. Призма Глана (поляризатор) ; 6. Зразок (кристал) ; 7. Призма Глана (аналізатор) ; 8. Трьохлінзова система ; 9 Інтерференційний фільтр ; 10. Спектрограф.
Розділ 2. Дослідження характеристик однорідних і шаруватих кристалів ніобіту літію з різним змістом домішок методом спектроскопії СПР
§1. Зразки кристалів LiNbO3
Досліджувалися кристали ніобіту літію з різною концентрацією домішок (Табл.1). Кристал ніобіту літію - одноосний негативний у видимій області спектру, такий, що має велике двопромінепреломленняDn=ne-no-0.1. Концентрація домішок (Nd і Mg) була зміряна за допомогою рентгенівського мікроаналізу. Однорідні кристали No.4,5,6 вирощені уздовж оптичної осі Z.
Шаруваті кристали No.2,3 мали форму паралелепіпеда. Домішка неодиму практично не впливає на значення показників заломлення. Шари паралельні грані
. Оптична вісь розташована в площині ZYпід кутом 57о до нормалі шарів. Кристали ніобіту літію з обертальними шарами зростання і закріпленими на них доменами вирощують шляхом витягування з розплаву. У зразках ніобіту літію з періодичною доменною структурою варіювалася концентрація магнію від шару до шару, відповідно від шару до шару мінявся показник заломлення на малу величину, Dn10-4~ [10]. Для вирощування моно доменних кристалів, які мають шари з одно направленим вектором спонтанної поляризації, прикладають невелику напругу до зразка.ТАБЛИЦЯ 1.
| Кристал LiNbO3No. | Концентрація магнію.NMg,масс.% | Концентрація неодима.NNd,масс.% |
| 1 | 0 | 0 |
| 2 | 0.33 | 0.31 |
| 3 | 0.41 | 0.32 |
| 4 | 0.68 | 0 |
| 5 | 0.79 | 0 |
| 6 | 1.04 | 0 |
§2 Показники заломлення кристалів у видимому і інфрачервоному діапазоні спектру випромінювання
2.1 Дисперсія у видимій і ближній ГИК області спектру
Були зміряні дисперсійні характеристики кристалів Nd:Mg:LiNbO3 (No.2,3) у видимому і ближньому ГИК діапазоні методом найменшого відхилення світу, з використуванням гоніометр-спектрометра ГС-5. Для цього з частини кристала вирізувалася призма. На частоті 1.06 мкм для візуалізації випромінювання використовувався прилад нічного бачення. Абсолютна помилка вимірювання складала в середньому
0.0002. Значення no і ne є середніми по області кристала, модуляції, що значно перевищує період лінійної і нелінійної сприйнятливості. Результати вимірювання показників заломлення кристалів No.5,6 представлені в роботі [10]. Значень звичайного і незвичайного показників заломлення в кристалі ніобіту літію без домішок No.1 набуті в статті [11]. Порівняння отриманих даних і результатів робіт [10,11] дозволяє судити про вплив домішці на дисперсійні характеристики. На Мал.4,5 приведені залежності зміни no і ne від концентрації домішки магнію на довжині хвилі 546 нм і 1064 нм. Видно, що залежності мають однаковий характер в різних областях спектру, причому наявність домішки неодиму в кристалах No.2,3 не впливає помітно на хід цих кривих.Дисперсійні характеристики no(l) і ne() даних кристалів можуть бути описані формулою Селмейера:
, (10)де A,B,C,D - коефіцієнти Селмейера. Значення коефіцієнтів Селмейера для кристалів No 1,2,3,5,6 дані в таблиці 2, при цьому довжина хвилі використовується в нанометрах. З використанням цих коефіцієнтів були побудовані дисперсійні криві, а потім пораховане Dno(l) і Dne() - відмінність дисперсій кристалів з домішками від дисперсій бездомішкового кристала (рис.6,7), також на графіки нанесені експериментальні крапки. Можна відмітити, що поведінка дисперсії незвичайного показника заломлення полідоменного кристала No.2 сильно відрізняється від ходу ne(l) моно доменних кристалів. Особливості в спектральній поведінці показника заломлення полідоменного кристала можуть бути пояснені впливом зарядів, що знаходяться на стінках доменів.
Таблиця 2.Коефіцієнти Селмейера кристалів ніобіту літію з різною концентрацією домішки магнію
| Кристал No. | Поляризація | A | 10-4B | 10-4C | 108D |
| 1 | оe | 4.90254.5808 | 11.85229.9699 | 4.67464.3743 | 2.56092.1225 |
| 2 | оe | 4.9114.5999 | 11.38038.3609 | 5.03176.2881 | 3.07124.69 |
| 3 | оe | 4.90014.5581 | 11.57379.7078 | 4.81824.4267 | 3.00522.3873 |
| 5 | оe | 4.90074.5574 | 11.26959.2166 | 4.92754.7665 | 3.91623.1645 |
| 6 | оe | 4.88534.5667 | 11.03388.7097 | 5.06115.3125 | 3.74673.7893 |
Мал.4. Залежність зміни показників заломлення в кристалах ніобіту літію від концентрації домішки магнію на довжині хвилі 546 нм.
Мал. 5. Залежність зміни показників заломлення в кристалах ніобіту літію від концентрації домішки магнію на довжині хвилі 1064 нм.
Мал.6. Криві відмінності дисперсій незвичайного показника заломлення кристалів з домішкою магнію від дисперсій бездомішкового кристала і експериментальні крапки для кристалів No 2,
No 3....l,
No 5....s,
No 6....t.
Мал.7. Криві відмінності дисперсій звичайного показника заломлення кристалів з домішкою магнію від дисперсій бездомішкового кристала і експериментальні крапки для кристалів No 2....n,