КОМБІНОВАНА ЕЛІПСОМЕТРИЧНА МЕТОДИКА ПОВНОЇ ОПТИЧНОЇ ХАРАКТЕРИЗАЦІЇ КРИСТАЛІВ.
IV. ЗАСТОСУВАННЯ ДО ОДНОВІСНИХ КРИСТАЛІВ.

Viktor Belyukh, Bohdan Pavlyk

Анотація


У четвертій частині статті розглянуто застосування пропонованої еліпсометричної методики повної оптичної характеризації кристалів до оптично одновісних кристалів. Об’єктом дослідження стали кристали ніобату літію (LiNbO3). Уточнюючи орієнтацію оптичної індикатриси в досліджуваних зразках, ми прямими вимірюваннями підтвердили висновок, зроблений у першій частині статті, що для практичної реалізації комбінованої еліпсометричної методики знання кристалографічної орієнтації досліджуваного кристала зовсім необов’язкове. Більше того, сама методика в багатьох випадках дає змогу визначити або уточнити кристалографічну орієнтацію зразка. Одержані значення оптичних констант нелегованого кристала LiNbO3 [no = 2.280(±0.003), ne = 2.202(±0.002), Δn= – 0.0775(±0.0015)] цілковито підтвердили коректність пропонованої методики та її ефективність при дослідженні одновісних кристалів. Для перевірки чутливості комбінованої еліпсометричної методики ми дослідили також кристали LiNbO3, піддані високотемпературному відпалу в атмосфері H2O. Одержані значення оптичних констант нелегованого кристала LiNbO3 [no = 2.2455(±0.0015), ne = 2.1965(±0.0015), Δn = – 0.049(±0.001)] і легованого магнієм кристала LiNbO3 [no = 2.2445(±0.0015), ne = 2.1756(±0.0007), Δn = – 0.069(±0.001)] є суттєво менше значень таких оптичних констант вихідного кристала. Найбільш імовірною причиною, яка могла викликати такі суттєві зміни, є високотемпературний відпал в атмосфері H2O. Такий висновок, безперечно, потребує перевірки шляхом дослідження цих кристалів іншими методами. Але навіть, якщо цей висновок і не зовсім точний, то це нічого не змінює в оцінці ефективності застосування самої методики. Нашою основною метою було показати застосовність методики для аналізу можливих змін оптичних констант кристала, зумовлених впливом різних чинників на його властивості. Одержані результати показують, що поставлена нами мета досягнута.  

Ключові слова: еліпсометрія, оптична індикатриса, головні показники заломлення, одновісні кристали, ніобат літію.


Повний текст:

PDF (English)

Посилання


  1. Belyukh V., Pavlyk B. The combined ellipsometric method of complete optical characterization of crystals. I. Determination of the orientation of the optical indicatrix. // Electronics and information technologies. – 2021. – Issue 15. – P. 112-123. https://doi.org/10.30970/eli.15.11
  2. Belyukh V., Pavlyk B. The combined ellipsometric method of complete optical characterization of crystals. II. Determination of the optical constants of crystal. // Electronics and information technologies. – 2021. – Issue 16. – P. 104-117. https://doi.org/10.30970/eli.16.11
  3. Belyukh V., Pavlyk B. The combined ellipsometric method of complete optical characterization of crystals. III. Experimental determination of the orientation of optical axis in crystal. // Electronics and information technologies. – 2022. – Issue 18. – P. 87-95. https://doi.org/10.30970/eli.18.9
  4. Boyd G. D., Miller R. C., Nassau K., Bond W. L. and Savage A. LiNbO3: An efficient phase machable nonlinear optical material// Applied Physics Letters. – 1964. – Vol.5, №11. – P.234-236. https://doi.org/10.1063/1.1723604
  5. Kuzminov Yu.S. Lithium niobate and lithium tantalate are materials of nonlinear optics. – Moscow: Nauka (Publishing House), 1975. – 224 p. [In Russian]
  6. Gurzadyan G.G., Dmitriev V.G., Nikogosyan D.N. Nonlinear-optical crystals. Properties and applications in quantum electronics. – Moscow: Radio and Svyaz (Publishing House), 1991. – 160 p. [In Russian]
  7. Arizmendi L. Photonic applications of lithium niobate crystals // Physica Status Solidi (a). – 2004. – Vol.201, №2. – P.253-283. https://doi.org/10.1002/pssa.200303911
  8. Günter P. Huignard J.-P. (Eds.). Photorefractive Materials and Their Applications. 1. Basic effects (Springer Series in Optical Sciences, 113). – NY.: Springer Science + Business Media, LLC. – 2006. – 426 p.
  9. Günter P., Huignard J.-P. (Eds.). Photorefractive Materials and Their Applications 2. Materials (Springer Series in Optical Sciences, 114). – NY.: Springer Science + Business Media, LLC. – 2007. – 646 p.
  10. Günter P., Huignard J.-P. (Eds.). Photorefractive Materials and Their Applications 3. Applications (Springer Series in Optical Sciences, 115). – NY.: Springer Science + Business Media, LLC. – 2007. – 366 p.
  11. Zhu D., Shao L., Yu M., Cheng R. et al. Integrated photonics on thin-film lithium niobate // Advances in Optics and Photonics. – 2021. – Vol.13, №2. – P.1-94. https://doi.org/10.1364/AOP.411024
  12. Ashkin A., Boyd G. D., J. M. Dziedzic, R. G. Smith, A. A. Ballman, J.J. Levinstein, K. Nassau. Optically-induced refractive index inhomogeneities in LiNbO3 and LiTaO3 // Applied Physics Letters. – 1966. – Vol.9, №1. – P.72-74. https://doi.org/10.1063/1.1754607
  13. Weis R. S., Gaylord T. K. Lithium niobate: Summary of physical properties and crystal structure // Applied Physics A, Solids and Surfaces. – 1985. – Vol.37, №4. – P.191-203. https://doi.org/10.1007/BF00614817
  14. Prokhorov A.M., Kuzminov Yu.S. Physics and Chemistry of Crystalline Lithium Niobate. – The Adam Hilger Series on Optics and Optoelectronics, CRC Press: Boca Raton, FL, USA, Bristol and New York. – 1990. – 337 p. [Google Scholar]
  15. Volk T. Wöhlecke M. Lithium niobate. Defects, photorefraction and ferroelectric switching – Springer Series in Materials Science; Springer: Berlin/Heidelberg, Germany. – Volume 115 – 2009. – 250 р. [Google Scholar]
  16. Toney J.E. Lithium Niobate Photonics. – Artech House Publishers: London, UK. – 2015. – 265 p. [Google Scholar]
  17. Grachev V.G., Malovichko G. I. Structures of Impurity Defects in Lithium Niobate and Tantalate Derived from Electron Paramagnetic and Electron Nuclear Double Resonance Data //Crystals – 2021. – Vol.11, №4. – P.339-379. https://doi.org/10.3390/cryst11040339
  18. Blistanov A.A, Bondarenko V.S., Perelomova N.V., Strizhevskaya F.N., Tchkalova V.V., Shaskolskaya M.P. Acoustic Crystals: A Handbook (ed. M.P. Shaskolskaya). – Moscow: Nauka (Publishing House), 1982. – 632 p. [In Russian]
  19. Kuzminov Yu.S. Electro-optical and nonlinear-optical crystal of lithium niobate. – Moscow: Nauka (Publishing House), 1987. – 264 p. [In Russian]
  20. Boyd G. D., Bond W. L., Carter, H. L. Refractive Index as a Function of Temperature in LiNbO3 // Journal of Applied Physics. – 1967. – Vol.38, №4. – P.1941-1943. https://doi.org/10.1063/1.1709786
  21. Midwinter J. E. Lithium Niobate: Effects of Composition on the Refractive Indices and Optical Second Harmonic Generation // Journal of Applied Physics. – 1968. – Vol.39, №7. – P.3033-3038. https://doi.org/10.1063/1.1656727
  22. Nelson D. F., Mikulyak R. M. Refractive indices of congruently melting lithium niobate // Journal of Applied Physics. – 1974. – Vol.45, №8. – P.3688-3689. https://doi.org/10.1063/1.1663839
  23. Minakata M., Saito S., Shibata M., Miyazawa S. Precise determination of refractive‐index changes in Ti‐diffused LiNbO3 optical waveguides // Journal of Applied Physics. – 1978. – Vol.49, №9. – P.4677-4682. https://doi.org/10.1063/1.325537
  24. Jundt D. H., Fejer M. M., Byer R. L. Optical properties of lithium-rich lithium niobate fabricated by vapor transport equilibration // IEEE Journal of Quantum Electronics. – 1990. – Vol.26, №1. – P.135-138. https://doi.org/10.1109/3.44926
  25. Shen H. Y., Xu H., Zeng Z. D., Lin W. X., Wu R. F., Xu, G. F. Measurement of refractive indices and thermal refractive-index coefficients of LiNbO3 crystal doped with 5 mol % MgO // Applied Optics. – 1992. – Vol.31, №31. – P.6695-6697. https://doi.org/10.1364/AO.31.006695
  26. Shlarb U.,Betzler K. Refractive indices of lithium niobate as a function of temperature, wavelength and composition: a generalized fit // Phys. Rev. B. – 1993. – Vol.48, №21. – P.15613-15620. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.48.15613
  27. Shlarb U.,Betzler K. Influence of the defect structure on the refractive indices of undoped and Mg-doped lithium niobate // Phys. Rev. B. – 1994. – Vol.50, №2. – P.751-757. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.50.751
  28. Shlarb U.,Betzler K. Refractive indices of lithium niobate as a function of wavelength and composition // Journal of Applied Physics. – 1993. – Vol.73, №7. – P.3472-3476. https://doi.org/10.1063/1.352951
  29. Riscob B., Bhaumik I., Ganesamoorthy S., Bhatt R., Vijayan N., Karnal A. K., Wahabb M. A. and Bhagavannarayana G. Effect of Mg doping on the growth aspects, crystalline perfection, and optical and thermal properties of congruent LiNbO3 single crystals // Journal of Applied Crystallography. – 2013. – Vol.46, №6. – P.1854-1862. https://doi.org/10.1107/S0021889813025065
  30. Furukawa Y., Sato M., Kitamura K., Yajima Y., Minakata M. Optical damage resistance and crystal quality of LiNbO3 single crystals with various [Li]/[Nb] ratios // Journal of Applied Physics. – 1992. – Vol.72, №8. – P.3250-3254. https://doi.org/10.1063/1.351444
  31. Lee J.-S., Rhee B. K., Kim C.-D., Joo G.-T. (1997). Efficient second harmonic generation of Q-switched Nd:YAG laser radiation using LiNbO3 with 2 mol% MgO doping // Materials Letters. – 1997. – Vol.33, №1-2. – P.63-65. https://doi.org/10.1016/S0167-577X(97)00076-1
  32. Sweeney K. L., Halliburton L. E., Bryan D. A., Rice R. R., Gerson R., Tomaschke H. E. Threshold effect in Mg‐doped lithium niobate // Applied Physics Letters. – 1984. – Vol.45, №7. – P.805-807. https://doi.org/10.1063/1.95372
  33. Sweeney K. L., Halliburton L. E., Bryan D. A., Rice R. R., Gerson R., Tomaschke H. E. Point defects in Mg‐doped lithium niobate // Journal of Applied Physics. – 1985. – Vol.57, №4. – P.1036-1044. https://doi.org/10.1063/1.334544
  34. Jhans H., Honig J. M., Rao C. N. R. Optical properties of reduced LiNbO3 // Journal of Physics C: Solid State Physics. – 1986. – Vol.19, №19. – P.3649-3658. https://doi.org/10.1088/0022-3719/19/19/019
  35. Sugak D. Y., Syvorotka I. I., Buryy O. A., Yakhnevych U. V., Solskii I. M., Martynyuk N. V. et al. Spatial distribution of optical coloration in single crystalline LiNbO3 after high-temperature H2 /air treatments // Optical Materials. – 2017. – Vol.70. – P.106-115. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2017.05.022
  36. Adibi A., Buse K., Psaltis D. Effect of annealing in two-center holographic recording // Applied Physics Letters. – 1999. – Vol.74, №25. – P.3767-3769. https://doi.org/10.1063/1.124173
  37. Arizmendi L., Cabrera J. M., Agullo-Lopez F. Defects induced in pure and doped LiNbO3 by irradiation and thermal reduction // Journal of Physics C: Solid State Physics. – 1984. – Vol.17, №3. – P.515-529. https://doi.org/10.1088/0022-3719/17/3/021
  38. Bordui P. F., Jundt D. H., Standifer E. M., Norwood R. G., Sawin R. L., Galipeau J. D. Chemically reduced lithium niobate single crystals: Processing, properties and improved surface acoustic wave device fabrication and performance // Journal of Applied Physics. – 1999. – Vol.85, №7. – P.3766-3769. https://doi.org/10.1063/1.369775
  39. Sugak D., Zhydachevskii Y., Sugak Y., Buryy O., Ubizskii S., Solskii I., Schrader M., Becker K.-D. In situ investigation of optical absorption changes in LiNbO3 during reducing/oxidizing high-temperature treatments // Journal of Physics: Condensed Matter. – 2007. – Vol.19, №8. – P.086211 (12pp). https://doi.org/10.1088/0953-8984/19/8/086211
  40. Dhar A., Mansingh A. Optical properties of reduced lithium niobate single crystals // Journal of Applied Physics. – 1990. – Vol.68, №11. – P.5804-5809. https://doi.org/10.1063/1.346951
  41. García-Cabaes A., Sanz-García J. A., Cabrera J. M., Agulló-López F., Zaldo C., Pareja R., Polgar K., Raksanyi K., Fölvàri I. Influence of stoichiometry on defect-related phenomena inLiNbO3 // Physical Review B. – 1988. – Vol.37, №11. – P.6985-6091. https://doi.org/10.1103/physrevb.37.6085
  42. Solskii I. M., Sugak D. Yu., Gaba V. M. The obtaining of optical homogenous and large size lithium niobate single crystals // Tekhnologiya i Konstruirovanie v Elektronnoi Apparature. – 2005. – Vol.5 (59). – P.55-61. [in Russian]
  43. Sugak D. Y., Matkovskii A. O., Solskii I. M., Stefanskii I. V., Gaba V. M., Mikhalevych A. I., Grabovskii V.V., Prokhorenko V.I., Kopko B .N., Oliinyk V. Y. Growth and Investigation of LiNbO3:MgO Single Crystals // Proc. SPIE (Nonlinear Optics of Liquid and Photorefractive Crystals.). – 1996. – Vol.2795. – P.257-264. https://doi.org/10.1117/12.239216
  44. Sugak D. Y., Matkovskii A. O., Solskii I. M., Kopko B. N., Oliinyk V. Y., Stefanskii I. V., Gaba V. M., Grabovskii V.V., Zaritskii I.M., Rakitina L. G. Growth and Optical Properties of LiNbO3: MgO Single Crystals // Crystal Research and Technology. – 1997. – Vol.32, №6. – P.805-811. https://doi.org/10.1002/crat.2170320612
  45. Sirotin Yu.I., Shaskolskaya M.P. Fundamentals of crystal physics. – Moscow: Nauka (Publishing House), 1979. – 640 p. [In Russian]
  46. Zelmon D. E., Small D. L., Jundt, D. Infrared corrected Sellmeier coefficients for congruently grown lithium niobate and 5 mol% magnesium oxide–doped lithium niobate // Journal of the Optical Society of America B. – 1997. – Vol.14, №12. – P.3319-3322. https://doi.org/10.1364/JOSAB.14.003319




DOI: http://dx.doi.org/10.30970/eli.20.9

Посилання

  • Поки немає зовнішніх посилань.