Исследование спектрально-генерационных, голографических и акусто-оптических характеристик материалов и элементов оптоэлектроники тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

САМАРКАНДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. АЛИШЕРА НАВОИ

' ■ '' .

• \-uiJ На правах рукописи:

АЗАМАТОВ Закиржан Тахирович

УДК 621.373.826

ИССЛЕДОВАНИЕ СПЕКТРАЛЬНО-ГЕНЕРАЦИОННЫХ, ГОЛОГРАФИЧЕСКИХ И АКУСТО-ОПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ И ЭЛЕМЕНТОВ ОПТОЭЛЕКТРОНИКИ

Специальность: 01.04.05 ОПТИКА

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

САМАРКАНД - 1994

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте прикладной физики Ташкентского Государственного университета.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

Член-корреспондент Российской Академии наук, профессор — Л. Д. Бахрах Доктор физико-математических наук, профессор — Н. Н. Низамов. Доктор физико-математических наук, профессор — Э. М. Гасанов

Ведущая организация: Институт оптико-нейронных технологий

Российской Академии наук, г. Москва.

Защита диссертации состоится $» „¿ОЗ^/З^А 1994 г.

Л (/¿хЛ? '

в// У^-Часов на заседании специализированного Созета Д.067.04.24.

по специальности 01.04.05 (оптика) в Самаркандском государственном университете им. А. Навои по адресу: 7030С4, г. Самарканд Университетский бульвар, 15.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Самаркандского государственного университета им. А. Навои.

Автореферат разослан « » ¿¿^-^¿уЛ

1994 г.

Ученый секретарь доктор физико-математических

наук Р. А. Ахмеджаноз

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность _П2об л ему. Развитие оптических исследований привело в последние десятилетия к появлению новых смешанных областей науки и техники, в частности, радиооптики, оптоэлектроники, оптической вычислительной техники, лазерной медицины. Становление этих направлений немыслимо без широчайшего использования лазерной техники, что, в свою очередь, дало толчок разработкам, связанным с созданием элементной базы нового поколения приборов и материалов с заданными свойствами. Отметим некоторые важные вопросы решения этой обширной проблемы.

- Одно из центральных мест в области новых твердотельных лазеров и их применений занимают оксидные кристаллы с примесью трехвалентных лантаноидов и ионов группы яелеза. Наиболее обширным и интересным классом среди многообразия сложных оксидов являются кристаллы со структурой граната. Наличие существенных достижений в технологии выращивания монокристаллов гранатов привело к появлении целого ряда сложных -гранатов, получаемых из доступных инградиентов и обладающих наряду с достоинствами давно известных гранатоз (типа ИАГ ) лучшими оптическими и технологическими свойствами. Большой практический интерес представляет рассмотрение путей улучшения спектроскопических, генерационных и эксплуатационных характеристик лазерных гранатов. Отсюда следует важность поиска, синтеза и исследования спектроскопических характеристик, генерационных, оптических свойств монокристаллов лазерных гранатов с примесью редкоземельных и переходных элементов,

.включая изучение механизмов эффективной передачи возбуздения накачки от сенсибилизаторов к активаторам.

- Реализация преимуществ оптических методов обработки и хранения информации связана с созданием и исследованием высокочувствительных и реверсивных сред для загиси -считывания информации, требования к которым в реальных устройствах могут изменяться в весьма широких пределах по чувствительпоста, разрешающей способности, времени хранения информации, времени записи, дифракционной эффективности и другим параметрам. Большой интерес представляют материалы с объёмными изменениями оптических свойств, к числу которых откосятся электрооптические кристаллы, в частности, кристалл ниобата

литая. В электрооптических кристаллах для записи информации используется явление изменения показателя преломления под воздействием света ( фоторефракция ). Не менее перспективными регистрирующими материалами для голографических запоминающих устройств (ГЗУ) являются халькогенидные стеклообразующие полупроводники (ХСП). Они обладают хорошими разрешающей способность!), дифракционной эффективностью и приемлемой светочувствительностью. В ХСП средах вследствие отсутствия трансляционной симметрии имеются значительные возможности изменения атомной структуры материала, исследования которой весьма многочисленны при фактическом отсутствии в то же время комплексных работ по связи между возможные изменениями структуры и свойствами ХСП - плёнок. Недостаточно изучено действие радиационного излучения на свойства таких пленок. Поэтому не вызывает сомнений актуальность исследований механизмов явления фоторефракции при голографической записи на некоторых электрооптических материалах, а также получения голографических характеристик и определения многообразных, сложных процессов записи информации в реверсивных ХСП - пленках.

- Проблема практического использозания лазеров требует создания устройств управления направлением распространения лазерного луча в пространстве - оптических дефлекторов. В настоящее время существует несколько способов управления световым лучом в заданном направлении и известно более десяти типов сканирующих устройств. Акустооптическиэ дефлекторы (АОД) имеют неоспоримые преимущества перед устройствами других типов: высокая эффективность отклонения ■ света ( « 100 X ), небольшая управляющая электрическая мощность ( < 1 Вт ), короткое время переключения ( <• 10-бс }, большое число разрешимых положений ( ш ю3элементов ). Однако, широкому распространению АОД препятствует ряд нерешенных проблем - малое количество эффективных акустооптических анизотропных материалов, отсутствие совершенной технологии изготовления

пьезопреобразователей, сложность широкополосного согласования электрических параметров ячейки АОД с источником высокочастотного ( ВЧ ) сигнала в требуемой полосе частот. В связи с этим важными проблемами являются необходимость создания и исследования надежных эффективных акустооптическ:-.х дефлекторов, предназначенных для использования в различных

областях науки и техники.

Цельи диссертационной работы, являются исследования спектральных, генерационных, голографических, акустооптических свойств новых материалов и создание элементов устройств для использования их в различных системах оптической обработки информации и в оптоэлектронике.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие__задачи^

Выращивание различного типа гранатов, содержащих редкоземельные ионы и ионы переходной группы железа в различных концентрациях и исследование их спектрально генерационных характеристик при комнатной и низких температурах на созданном комплексе экспериментальных установок.

- Анализ экспериментальных результатов на базе теории кристаллического поля, поиск путей расширения диапазона и эффективности оптического излучения полученных кристаллов, улучшения генерационных характеристик лазеров на их основе.

Создание оптических схем и методик исследования голографической "валиси информации на реверсивных средах.

Исследование голографических характеристик фотохромных и Фоторефракторных кристаллов, халькогенидных стеклообразных полупроводниковых плёнок; установление механизма записи информации в этих средах и влияния предыстории исходных объёмных материалов, а такге 7 - излучения

- Проведение теоретических и экспериментальных исследований изотропной и анизотропной брэгговской дифракции в кубическом

. кристалле фосфида галлия ( СаР ) и анизотропной брэгговской дифракции света на кристалле парателлурита ( НеОр ), создание АОД на этих материалах на базе разработанных и созданных установок, методики и технологии изготовления ячеек АОД с большой световой и ультразвуковой апертурой.

- Создание и исследование АОД на плавленном кварце ( Б102) с большой световой и ультразвуковой апертурой, а также на парателлурите ( Те02 ) для систем оптической памяти на ленточном фототермопластическом носителе, включая разработку проблем широкополосного согласования.

Проведение исследования акустооптических свойств халькогенидных стекол и создание ячеек АОД для ИК области спектра.

Н§Хчная_новизна полученных результатов состоит в следующем: >и Выращен методом оптической зонной плавки (ОЗП) рад новых монокристаллов граната с различными примесями редкоземельных ионов и ионов переходной группы.

- Теоретическая интерпретация экспериментальных данных на базе современной теории кристаллического поля позволила установить схемы штарковских уровней Мй, ТЪ, Сй, Су, Сг, Ш в различных матрицах монокристаллов гранатов.

- Выяснен многоцентровой характер люминесценции ионов Сг3+ в ИАГ, доказано существование процесса передачи энергии Сг3+* Кй3> в ИАГ:Сг,Мс1, установлен характер изменения штарковского расщепления уровней ионов Сг3+и Ш3* в решетках редкоземельных гранатов, показано наличие " по крайней мере четырех типов оптических, центров, содержащих Ш при низких температурах в ЙГАГ:КЙ.

- Впервые получены спектры люминесценции ИАГ-.И при возбуждении электронным пучком и данные о параметрах индуцированного излучения иона Сй3+ в этой матрице.

- Впервые получен эффект генерации вынужденного излучения Ш3+ в лютеций-алюминиевом,и иттрий-ашомо-галлиевом гранатах, а также иона (И3*"в иттрий-алюминиевом гранате.

- Вы яснено влияние точечных дефектов и дислокаций в монокристаллах гранатов на их спектроскопические и генерационные свойства.

- Определены чувствительность, дифракционная эффективность, реверсивность, сохраняемость голографической записи в фотохромных кристаллах содалита, фоторефрактивных кристаллах ниббата лития с примесью железа, ХСП систем Ав - Бе. Исследован механизм голографической записи -информации ? - - в этих материалах, а также установлены зависимости оптических и топографических характеристик пленок систем Ав - Бе от предыстории исходных объёмных материалов и определено влияние ионизирующего 7-излучения на оптические и топографические характеристики пленок ситем Ав - Б и Ав - Бе. Показано, что в интервале доз облучения 103- 109 рентген' оптические свойства и дифракционные эффективности записанных голограмм не меняются.

- Впервые теоретически и экспериментально показано наличие анизотропной дифракции в кристалле фосфида галлия с искусственной анизотропией.

- Предложены и использованы оптический поляризационный метод для

контроля однородности статического давления в звукопроводе при диффузной сварке и метод измерения реального разрешения АОД на кристаллах СаР ( с искусственной анизотропией ), на парателлурите Те02 для систем считывания информации в голографической системе памяти на ленточном

фототермопластическом носителе и на плавленном кварце с большой световой и ультразвуковой апертурой.

- Определены акустооптические свойства халькогенидных стекол в тройных Се - Б - Бе, Се - Б - Те, Со - Бе - Т1, и четверных Со - БЪ - Бо - То и Се - БЪ - Бе - Т1 системах и выбраны оптимальные составы стекол для использования в акустооптике и созданы элементы АОД для ИК области.

Достоверность___вез^льтато§___иссле5ованийл_ полученных

автором диссертации, обеспечивается комплексностью подхода, включающей использование достаточно совершенного

экспериментального оборудования и интерпретацию опытных данных на базе современных теоретических моделей. Надежность спектроскопической информации определяется высоким оптическим качеством монокристаллов, хорошими спектральными приборами типа ДФС-12, ДФС-13,"5&тачи","Регк1п-Е1гаег" и др. Помимо промышленного оборудования широко использовались разработки собственных установок, в частности, при изготовлении ячеек АОД, степень технического совершенства которых удостоверяется авторскими свидетельствами. Косвенным подтверждением достоверности результатов является соответствие их результатам аналогичных исследований других авторов. Выводы, к которым приходит автор из анализа экспериментальных данных, основываются на использовании ■ теории кристаллического поля, . моделей механизмов фотостимулированнъэс изменений структуры, математического аппарата исследования изотропной и анизотропной дифракции Брэгга.

П£актическая_значимост^

- Проведенный комплекс исследований спектрально - генерационных свойств гранатов позволил расширить набор имеющихся материалов для оптоэлектронных устройств и лазерной техники. Полученные данные представляют интерес для поиска новых материалов и могут быть использованы в практической работе по созданию элементов оптической инженерии.

- Результаты исследований по голографической записи информации на кристаллах содалита, ниобата лития и пленках ХСП могут быть'

использованы для записи цифровых и аналоговых сиганалов в системах оптической обработки и для реверсивного хранения информации в голографических запоминающих устройствах.

- Результаты исследования залиси информации на кристаллах ниобата лития с примесью железа позволяют более точно учитывать эффект фоторефракции при работе кристаллов ниобата лития в качестве дефлекторов и модуляторов света.

- Изготовленные акустоолтические ячейки на БЮ2, СаР и Те02 с пьезопреобразователями из ниобата лития пригодны для использования в качестве акустооптического дефлектора систем оптической памяти.

- Экспериментально доказана возможность создания на изотропных материалах АОД, функционирующих в режиме анизотропной дифракции, что позволяет, в принципе, улучшить характеристики АОД почти на порядок по сравнению с режимом изотропной дифракции.

- Разработана технология дифузионной сварки преобразователя со звукопроводом и созданы различные варианты экспериментальной установки ( Авторские Свидетельства СССР # 774865, № 1106817, & 1682094 ), позволяющие создание элементов акустооптических устройств ( дефлекторов, фильтров, модуляторов,. линий задержек ) для систем, оптической обработки информации.

- Определены акустоолтические свойства халькогенидных стекол тройных и четверных систем, что позволяет выбирать оптимальные составы стекол для использования в акустооптике ИК области.

Реализация__и__внедрения__результатов__Результаты

исследований радиационной стойкости голографических

характеристик халькогенидных стеклообразных полупроводниковых . пленок переданы на использование в НПО "Энергия".Благодаря высокой разрешающей способности и возможности реверсивной записи эти пленки являются весьма перспективным материалом для использования в устройствах оптической обработки информации в экстремальных условиях. Полученные данные нашли применение при разработке предложений по программе развития и использования квантово -оптических средств обработки информации в специальных системах.

В НПО "Астрофизика" внедрены установка, методика и технология изготовления акустооптического дефлектора. Здесь же используются разработанные автором ячейки АОД на плавленном кварце и парателлурите.

Данные по иссделованию АОД на фосфиде галлия и действующие ячейки АОД на СаР; функционирующие в режимах изотропной и

анизотропной дифракции, переданы в НИИ Радиооптики,где полученные результаты использованы при разработке специальных элементов и устройств оптической памяти.

Разработанный и исследованный АОД на парателлурите (Те02 ) для систем считывания информации в голографической системе памяти на ленточном фототермопластическом носителе передан в институт Физики Республики Кыргызстан для использования в изделиях спецтехники. Испытания ячейки дефлектора в системе ленточного голографического запоминающего устройства показали перспективность использования его в системах оптической обработки .и хранения информации. Разработанный дефлектор удовлетворяет техническим требованиям,предъявляемым к нему.Он отличается от других дефлекторов надёжностью, быстродействием при минимальной управляющей мощности, оригинальностью конструкции и малыми габаритами.

Кроме того, полученные новые кристаллические материалы, акустооптические элементы и результаты научных исследований были использованы при проведении научно - исследовательских и учебных работ на физическом факультете МГУ, на электро - механическом факультете МЭИ и на физическом факультете ТашГУ, а также в ряде ВУЗов Республики Узбекистан.

В целом результаты работы можно с большим успехом использовать в системах оптической обработки информации, в оптоэлектронике и оптической инженерии, что подтверждается акт?, ми внедрения.

Основные_положенияА__выносимые_на_защиту:

1. Синтез и выращивание методом оптической зонной плавки ряда новых монокристаллов со структурой граната с примесью элементов . редких земель и ионов переходных групп. Схемы конкретных расчетов штарковских уровней Ст3"1", Ыа3+ и Мй3* в матрицах гранатов в приближениях слабого, среднего и сильного полей заданной симметрии. Построение схем уровней из анализа спектров поглощения и люминесценции ионов ТЬ3+, Оу3*, И34", Сг3"1", Ип3+ и Ш3""" в различных типах монокристаллов гранатов и исследование спектрально-генерационных характеристик последних. Характер зависимости силы кристаллического поля Dq для ионов Сг3', Мп3\ На3+ в ряду редкоземельных гранатов, многоцентровая структура синтезируемых кристаллов и особенности передачи возбуждения от сенсибилизаторов к активаторам.

2. Результаты комплексного исследования реверсивной

голографической записи информации на фотохромных кристаллах содалита и фоторефрактивных кристаллах ниоОата лития с примесью железа, а также на халькогенидных пленках.

3. Данные о зависимости оптических и голографических характеристик пленок систем Ав - Бе от предыстории и состава исходных объемных материалов. Результаты исследования влияния ионизируещего излучения на оптические и голографические характеристики ХСП пленок систем Аз - Б и Ав - Бе.

4. Реализация анизотропной дифракции в кубическом кристалле фосфида галлия с ^искусственной анизотропией, позволяющей изготовлять АОД с большой эффективностью дифракции в широкой полосе сканирования и с высоким быстродействием.

5. Разработка технологии диффузионной сварки преобразователя со звукопроводом и создание , различных вариантов экспериментальной установки, позволяющих- создание элементов акусто-оптических устройств с различными техническими парэметрами для . управления лазерным излучением.

6. Результаты создания и комплексного исследования акусто-оптических ячеек дефлектора на кварце, фосфиде галлия, парателлурите и на халькогенидных стеклах для видимой и ИК области спектра.

_^чное_£частие_автд2а в работах, материал которых является основой диссертации, заключалось в постановке цели и задач исследований,в непосредственном участии в экспериментах, обработке и анализе, обобщении и интерпретации результатов. Основные обобщающие положения диссертации сформулированы лично автором. В диссертации используются результаты исследований выполненных под руководством автора и при его. участии,ряд результатов получен при совместной работе с П.А.Арсеньевым.Ф.Д.Маматджановым.В.Г.Улановым и др. .которым автор выражает искреннюю признательность.

Работа выполнялась в непосредственной связи с планами УзНПО "Кибернетика" АН РУз и НИИШ ТашГУ по темам, которые включались в Государственные научно-технические программы АН СССР, АН УзССР, ГКНТ СССР, ГКНО СССР, а также. МВО и ГКНТ РУз п^ проблеммам "Голография", "Оптическая обработка информации", "Лазерные системы", "Оптические процессоры". Номера госрегистрации тем: * 76080718; * 01.8 80025721; # 01.03 0000740; * 01.93 0000746.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в монографии "Дефекты б материалах квантовой электроники" (Ташкент, изд-во "Фан", 1£91 ) и в 47 печатных работах, а также 3

изобретениях. В автореферат включена 41 публикация.

Апробация____¡заботу Основные результаты работы

докладывались и обсуждались на: Первой Всесоюзной конференции "Проблемы управления параметрами лазерного излучения" (Ташкент, 1978 ); совещании по элементам голографических систем памяти и обработки информации (Ташкент, 1980 ); Первой Всесоюзной конференции по радиооптике (Фрунзе, 1981 ); Всесоюзной конференции "Регистрирующие среды, методы и аппаратура голографии" (Кишинев, 1980 )j Двенадцатой Всесоюзной конференции по акустоэлектронике и квантовой акустике (Саратов, 1983 ); Всесоюзной конференции по банку данных (Ташкент, 1983); II - Всесоюзной конференции по радиооптике (Тбилиси, 1985); Ш - Всесоюзной конференции по вычислительной оптоэлектронике (Ереван, 1987 ); заседании Координационного Совета Минвуза СССР по программе "Лазеры " (Ташкент, 1988 ); П-Всесоюзной конференции по оптической обработке информации (Фрунзе, 1990 ); Всесоюзной конференции по проблемам оптической памяти (Телави, 1900 ); Республиканской конференции ученых и специалистов по приборам и средствам автоматизации научных исследований и народного хозяйства (Ташкент, 1991 ); Soviet-Chinese Joint Seminar "Holography and optical information processing " ( SCJSHOIP-91, BISHKEK, 1991 ); У I-Всесоюзной конференции "Голография - 90 " (Витебск, 1990 ); Х1У - Международной конференции по когерентной и нелинейной оптике - К и НО'90 (Ленинград, 1991 ); Координационном совещании по стеклообразным полупроводникам (Зеленоград, 1978); совещаниях Межведомственного Координационного Совета по Оптоэлектронике для вычислительной техники и квантовой электроники, а также научных семинарах секции оптической обработки информации АН СССР по проблеме "Голография" (Ташкент, 1985; Москва, 1989, 1990; Ленинград,1982); Научно-технических семинарах МЭИ, МГУ (физфак ), УзНПО "Кибернетика НИМПФ ТашГУ. Материал диссертации "Универсальная установка для .диффузионной свар:-:и в вакууме" (авт.свид. # 774865) участвовал на Всесоюзном конкурсе "Широкое использование в промышленности диффузионного соединения материалов ", где был отмечен призовым местом (протокол »29 от 26.06.1980 ).

Структура__и__объём__диссертации. Диссертация состоит из

введения, пяти глав, заключения, трех приложений и содержит 222 страницы машинописного текста, 19 таблиц, ' 90 рисунков, списка литературы в количестве 321 наименования.

- 12 -

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во__введении обосновывается, актуальность , научная значимость ,

цель и задачи исследования, а также выносимые на защиту основные положения и излагается краткое содержание работы.

посвящена анализу экспериментальных и теоретических аспектов исследования спектральных и генерационных характеристик гранатов.

Монокристаллы граната относятся к ряду тугоплавких веществ, для получения таких кристаллов используются различные методы, сравнение которых выявляет основные преимущества метода оптической зонной плавки (ОЗП ). По технологии ОЗП были выращены, в основном, все монокристаллы, которые исследовались в данной работе. Они имели весьма удовлетворительные оптические качества при диаметре 3 - 5 мм и длине 15 - 50 мм.

Спектральные характеристики образцов исследовались при комнатной (Т - 300 К ), азотной (Т * 77 К ) и гелиевой (Т = 4,2 К ) температурах. Де+альная структура линий спектров поглощения или люминесценции снималась с помощью спектрометра ДФС - 12 и спектрографа ДФС - 13 с линейными дисперсиями 5 А/мм и 4 А/мм, соответственно. Для случая широких полос поглощения использовался спектрофотометр "Perkin - Eimer ". В инфракрасной области (2-25 мкм ) спектры поглощения снимались на приборе UR - 20 . Общие схемы установок для исследований спектров поглощения или люминесценции, лазерных параметров кристаллов гранатов, временных характеристик этих кристаллов включали ряд приспособлений, расширяющих возможности стандартной аппаратуры и повышающие точность изме'рений.

Помимо традиционных оптических источников света использовалось возбуждение катодной люминесценции бомбардировкой кристалла электронным пучком с энергией электронов 5 - 2' ь кэВ. Установка, использованная в данной работе и описанная в этой главе, состоит из импульсной электронной пушки, криостата, дифракционного монохроматора и регистрирующей системы.

После изложения экспериментальной методики приводится анализ влияния дефектообраэования в монокристаллах гранатов на их спектроскопические и генерационные характеристики. В

юнокристаплах, выращенных методом ОЗП наблюдались слабые полосы поглощения с Xt = 230 нм, Xg = 260 нм, ^ = 300 ни и = 370 нм, которые усиливаются при вакуумной термообработке. Исследования ионизационных дефектов - в ИАГ, образующихся под

действием УФ, показали, что облучение ксеноновой лампой -вспышкой приводит к образовании дефектов.которым соответствуют полосы дополнительного поглощения 340 , 400 , 480 нм. Дополнительное поглощение можно устранить, если применять желтый фильтр.

В большинстве случаев анионные вакансии существенно ухудшают свойства материала. Пожелтение кристаллов при длительном облучении их УФ, рентгеновским или ^-излучением (помимо ионизации ионов матрицы ), видимо, вызвано ионизацией анионных вакансия. Это выдвигает ряд требований к источнику накачки. К их числу относится нежелательность сильного УФ^излучения в спектре излучения лампы накачки пои работе лазеров, использующих гранаты в качестве активных элементов (АЭ).

Обнаружено существование областей"с высокой концентрацией дислокаций, вытянутых вдоль оси роста и характеризуемых повышенными концентрациями дислокаций и примесей (в частности, неодима ). С учетом полученного распределения дислокаций по кристаллу были поставлены эксперименты по определению влияния различных факторов на структурное совершенство кристаллов иттрий - алюминиевых гранатов с примесью lid ( ИАГ:Кс1. ) В результате установлено возрастание плотности дислокаций по мере роста кристалла, что объясняется размножением обусловленных температурным градиентом дислокаций, проросших из затравки, под действием деформации сдвига. С помощью полученных данных оцениваются максимальные градиенты температур, при которых может быть получен кристалл без трещин. Отмечается увеличение плотности дислокаций с увеличением скорости роста кристалла.

Далее излагаются элементы теории оптических спектров гранатов, содержащих ионы с достраивающейся d - или £ -электронной оболочкой. Кратко излагаются физические принципы теории кристаллического поля, базирующейся на предположении о существовании статического кристаллического поля, создаваемого окружающими ионами, которые рассматриваются как точечные заряды, расположенные в узлах кристаллической решетки. Влияние кристаллического окружения на парамагнитные ионы вызывает штарковское расщепление уровней свободного иона в кристаллическом Поле, симметрия которого описывается одной из 32 точечных групп и соответствует симметрии поглощения иона в кристаллической решетке. Приводится полный гамильтониан системы и затем ищется расщепление уровней Е(к) под действием возмущения

... . -та -V = ^ее + 7кр + уво в тРех часто встречающихся случаях; слабое кристаллическое поле: V,,-. « « у__ •

кр ВО ОС

среднее кристаллическое поле: « V « Уее; сильное

кристаллическое поле: « 7^ « 7кр. здесь -

остаточная часть взаимодействия электронов примесного иона друг с другом, ЛГкр - взаимодействие примесного иона с окружающими ионами кристаллической решетки; 7^- спин-орбитальное взаимодействие. Записываются в общем виде выражения разложений потенциалов кристаллического поля для й - и X - электронов.

Расчеты проводились в приближении кубического поля. Из сопоставления расчетов и экспериментальных данных спектра поглощения можно определить силу кристаллического поля, параметры кулоновского } взаимодействия " В и С , для которых получается наилучшее совпадение экспериментальных и теоретических значений энергии уровней ионов. На основе этой методики были определены энергии термов Сг3* и Мп3+ в решетках гранатов.

Задача поиска термов заключается в нахождении поправок первого порядка к значениям энергии ЕСк) и коэффициентов в

разложении потенциала кристаллического поля. Применение теории возмущений для случая вырожденных энергетических уровней приводит к решению секулярных уравнений.

В заключении теоретического параграфа приводится анализ некоторых направлений дальнейшего развития теории кристаллического поля. В настоящее время наметилась тенденция обращения на новом качественном уровне к данной теории. Это связано, с одной стороны, с появлением ряда новых экспериментальных спектроскопических исследований, а с другой -стремлением более эффективно учесть в теоретических упрощениях наличие экранировки электронов. Вместе с тем все большее внимание уделяется развитию последовательных квантомеханических методов расчета систем кристалл-активатор, связи зонных представлений и теории поля лигандов для кристаллов, содержащих лантаноиды в качестве стехиометрического компонента. Несколько подробнее рассматриваются некоторые модельные построения: модель суперпозиций, в которой постулируется, что результатующ ее поле может быть построено как сумма вкладов от каждого из ионов кристаллического окружения! модель точечной решетки, основное дополнительное предположение которой состоит в том, что электроны незаполненной оболочки имеют одинаковую радиал ную функцию; модель обменных зарядов, которая учитывает наличие ковалентаой

связи и эффектов перекрывания полей лантаноида и ближайшего окружения.

Во__второй__главе излагаются результаты экспериментальных

исследований спектральных и генерационных характеристик гранатов с примесью переходных и редкоземельных элементов, а также проводится интерпретация этих результатов на базе теории кристаллического поля.

Методом ОЗП были выращены монокристаллы УдАХд^Сг.^О^. У2 95М(1о ОБ^Б-х^х0^' где величина х изменялась от 0,0001 до 1. По спектрам поглощения и люминесценции кристаллов ИАГ:Сг и в соответствии с теоретическими расчетами была получена схема энергетических уровней Сг3+ в ИАГ. Показано, что с увеличением концентрации хрома параметры Рака В и С, й также величина силы кристаллического поля Dq уменьшаются. Из анализа спектров люминесценции был сделан вывод о том» что даже при малых концентрациях хрома в ИАГ наряду с мономерными центрами ионы хрома образуют центры полимерного типа { Рис.1 ). Исследования люминесценции кристаллов ИАГ:Сг3+,Кс33+ позволили предположить существование процесса передачи энергии к ионам Н43+от ионов Сг3+, когда последние находятся в центрах полимерного типа.

Выращены кристаллы У2 дТЬ0 .|А1д012 и исследованы их спектры поглощения и люминесценции. На основании полученных экспериментальных данных построена схема- энергетических уровней иона ТЬ3+ в решетке ИАГ. Показывается возможность индуцированного излучения с уровня на уровни состояния ТР5.

Выращены монокристаллы ИАГ : Су 3+ и исследованы спектры поглощения и люминесценции Ву34" в решетке ИАГ. На базе экспериментальных результатов построена диаграмма состояний

^9/2 ' ^1/2 • б?з/2 • 6 г5/2 и 6 н15/2 * Приведены результаты исследования спектра поглощения в инфракрасной области и данные о величинах энергий наблюдаемых переходов»

Исследованы спектры поглощения и люминесценции выращенных методом ОЗП монокристаллов У2 д5Мд об^б*^' ; ш основании полученных данных составлена диаграмма энергетических состояний:

7/2 ' 4/2 -4/2 ' 4/2 ' %/г ' б111/2 -%7/2 иона ^ в ИАГ.

Впервые приводятся данные о параметрах индуцированного излучения иона И3+ в решетке ИАГ. Эффект генерации стимулированного излучения наблюдался в ультрафиолетовой области на длине волны 314,8 нм (^/р* в&1/2 ПоР°г генерации равен

2400 Дж. Приводится данные о спектре люминесценции И3+ в ИАГ при возбуждении электронным пучком.

Методом ОЗП были получены монокристаллы TRAT : Сг3+и TRAT : Мп3+ (здесь TR - Dy, Но, Yb ) с одержанием Сг и Мп на уровне 1%. Были исследованы спектральные параметры ионов Сг3+ и 15п3+ в диспрозий гольмий - и иттербий - алюминиевых гранатах (ДАТ, ГАГ и ИбАГ). В приближении кубического поля произведены расчеты энергии термов Сг3+ и Ип3+ в этих матрицах, которые сравниваются с экспериментальными результатами. Из анализа следует, что переход от решетки ДАТ к ГАГ и далее к ИбАГ сопровождается увеличением силы кристаллического поля при явном сохранении симметрии локального окружения.

Выращены монокристаллы ГАГ, ТАГ (туллий-алюминиевый гранат), ДАТ, легированные неодимом. Исследованы спектры поглощения и люминесценции Ш3+. Полученные данные показывают» что при переходе от одной решетки к другой в ряду ИГГ (иттрий-алюминиевый гранат) -ИАГ-ДАГ-ГАГ-ТАГ происходит качественный сказок, т.е. при изменении Bq величины энергий термов ведут себя неодинаково: возможно как увеличение расщепления между штарковсйими компонентами, так и их локальное уменьшение при абсолютном увеличении значения Dq.

Впервые были выращены методом ОЗП монокристаллы лютеций-алюминиевого граната (ЛАГ) .содержащие Nd3+ в количестве, соответствующем формуле: Хль, g5NdQ 05А£5О12. Приводится схема энергетических уровней Nd3+ в ЛАГ, полученная в результате анализа спектров поглощения и люминесценции при Т = 77 К. Впервые получен эффект генерации стимулированного излучения в кристаллах ЛАГ на длине волны А. « 1064,Зим при Т = 300 К и А. = 1060,9 ни при Т« 77 К, соответствующие переходу 4Р3/2 - 4111/2 с порогом 12 и 9 Дж, соответственно.

Показано, что при выращивании методом ОЗП ионы ТЬ3+ могут замещать ионы У в ИАГ в лгбой пропорции, вплоть до образования ТбАГ. Из спектроскопических исследований следует важный вывод о неполном тушении люминесценции. Наблюдаемые спектры обусловлены переходом >■» 7?5 в ионах ТЪ3*, но не на все штарковские компоненты терма 7Р, как это наблюдается в ИАГ. При введении в ТбАГ ионов Nd3* наблюдается частичное тушение люминесценции ТЬ3+ в ТбАГ для переходов ®D4 - 7Fg.

Выращены \ монокристаллы смешанного иттрий-алюмо-галлиевого граната ИАГГ, активированные ионами неодима Y2,95Nd0,05AlS-iGai°12'

величина х изменялась от О до 2, и исследованы их спектры поглощения и люминесценции. Анализ' данных.для гелиевых температур показал наличие по меньшей мере четырех типов оптических центров, содержащих ГМ3+. Впервые получена генерация стимулированного

излучения в кристаллах У2 95Мс10 05^4^1 °12 на волны

1064,2 нм (^3/2 - 41ц/2> пРи т - 300 К с порогом 14 Дж.

Здесь же приводится краткий анализ новых типов активных сред лазеров на основе сложных смешанных гранатов, содержащих Бс, Са, Се, МЬ. Основные направления исследований нацелены на улучшение спектральных и генерационных характеристик, термооптических и механических свойств, упрощение технологии выращивания кристаллов, замену дорогостоящих редкоземельных элементов. Большой интерес в этих аспектах представляют активные элементы на основе гадолиний - скандий - галлиевого (ГСГГ : Сг3+, Нй3+); кальций - ниобий - галлиевого (КНГГ : Сг3+, Ш3+); кальций -

о I

гадолиний - германиевого ( КГГГ : N1 ); кальций- люггеций -ниобий - галлиевого (КЛНГГ :Ш3+); иттрий - скандий - галлиевого

•». о.

(ИСГГ :Сг , Ег ) и других гранатов. Особенностью большинства этих систем является неупорядоченность структуры, что существенно повышает эффективность генерации вынужденного излучения. Широко используется сенсибилизация излучения активаторов Н(13+, Ег3+ионами Сг3+.

В конце второй главы на основе вышеприведенных данных рассматриваются возможные пути - улучшения генерационных характеристик лазерных гранатов. Отмечаются некоторые перспективные направления: оптимизация спектрального состава излучения накачки для конкретных лазерных систем; повышение . стойкости к УФ - излучению позволяет существенно повысить концентрацию ионов активаторов ( например, Сг3+ в гадолиний -скандий - алюминиевом гранате( ГСАГ : Сг3+ )); возможность заселения межатомных областей (например, тригональных полостей в ИАГ : Ш3+ ) атомами, которые повышают стойкость активных элементов к мощному излучению накачки; изучение процессов передачи энергии между разновалентными ионами (например, ТВ24" -» ТН ) может привести к открытию новых или улучшению известных эффектов генерации излучения; использование активаторов нетрадиционного типа ( Сг4+, Рг3+ и т.д. ).

1___третьей____главе_ приведены результаты исследования

голографических характеристик реверсивных материалов систем оптической обработки информации. Рассматривается запись голограмм

на фотохромных и фоторефрактивных кристаллах, а также на ХСП пленках.

Исследовались голографические характеристики фотохромного кристалла содалита - NagilgSlgOg^ t Cl2 1, а именно результаты исследования светочувствительности, экспозиционных характеристик, цикличности и энергии записи на кристалле содалита, как регистрирующей среде. При облучении содалита ультрафиолетовым светом происходит переход электронов из V - центров (донорные уровни ) в зону проводимости и последующий захват этих возбужденных электронов Р - центрами. Окрашивание содалита происходит в силу того, что при освещении видимым светом эти электроны переходят из основного ниэсего состояния в возбужденное состояние, что соответствует поглощению света. Для обесцвечивания материал облучается светом в полосе' поглощения, который переводит электроны обратно в зону проводимости, создавая возможность рекомбинации с дырками на V - уровнях.

При/облучении содалита у - излучением дозой 108 Р и более, он преобретает/ красно-малиновую окраску, и в спектре поглощения отчетливо виден максимум при 530 нм. Окраска оптически неустойчива и легко снимается светом длиной волна 530 нм. Однако её можно восстановить при последующем освещении УФ светом с \ ~ 360 нм. Эти факты свидетельствуют о том, что осзещение в полосе 530 нм приводит только к делокализации носителей заряда, а облучение светом с К ~ 360 ни обуславливает обратный перенос зарядов в ловушки, связанные с центрами окраски 530 нм. При нагревании до 300° С светочувствительные центры полностью отжигаются и фотохромные свойства исчезают, поскольку произошел процесс рекомбинации носителей заряда. Это фотохромное свойство содалита было использовано .для реверсивной записи голограмм. Результаты исследования светочувствительности, дифракционной эффективности записанных голограмм показываггг, что последние, также, как у всех фотохромных кристаллов, не очень высокие. Максимальная дифракционная эффективность tj » 0,2 % наблюдалась при энергии записи ~ 100 Дж/см2.

Далее приводятся результаты экспериментального исследования записи фазовых голограмм в кристаллах ниобата лития с примесью железа (UITbOgSFe ). Запись информации в сегнетоэлектрических кристаллах основана на эффекте локального обратимого изменения показателя преломления (фоторефракция ) в этих кристаллах при освещении дазернш пучком. Чистые сегнетоэлектрическив кристаллы

ЫИЬ03 не обладают высокой чувствительностью к оптическому излучению. Однако легирование переходными металлами,в частности, ионами железа значительно увеличивает их светочувствительность. В экспериментах по исследованию оптической записи в кристаллах ЫМЬ03:Ре запись производилась лучом аргонового лазера СЛ. =■ 488нм) или гелий-кадмиевого лазера (А. = 440нм). Считывание производилось Не - N6 лазером {К « 623 нм) (см. рис.2). Для этой длины волны света чувствительность кристалла незначительна, поэтому считывание не приводит к стиранию голограмм. Использование переходных металлов в качестве легирующих добавок связано с их способностью обратно отдавать й - электроны в зону проводимости под действием излучения. Чувствительность к свету кристаллов, легированных железом, определяется концентрацией ионов ?е2+,имеющих в решетке широкую полосу поглощения с максимумом около 480нм. С ростом концентрации ионов увеличивается

поглощение на длине волны, на которой записывается информация.Это и повышает чувствительность кристалла к свету. Нами исследовались также зависимость дифракционной эффективности от длины волны записывающего излучения. При записи на длине волны А. » 0,44 мкм светочувствительность на порядок больше,, чем при записи голограмм на Л. = 0,63 . мкм. В работе рассматриваются различные механизмы записи информации в фоторефрактивных кр'исталах. Особенности голографической записи в ^ЫНЬ03гРэ обусловлены анизотропией свойств кристаллов- и' спецификой механизма образования голограммы. Запись обусловлена, в основном, фотовольтаическим эффектом,что объясняется локальной ассиметрией сегнетоэлектрической матрицы. Нами также проводились . исследования влияния поляризации света на запись и считывание голограмм. Показано,что наиболее высокая эффективность регистрации получается при записи обыкновенной и считывания необыкновенной поляризаций света. Полученные значения п0по времени записи информации простираются от ОДхЮ'^до 0,8х10-4. Исследования показали, что время хранения голограмм может , изменяться от десятков минут до одного года. Кристаллы, обладающие одной и той га концентрацией железа, имели различные времена хранения голограммы. Это,по-видимому, находится в зависимости от ■ соотношения концентраций ионов в Ре2+ и Еалентных состояниях и других примесей, - которые создает дополнительные донорные и акцепторные уровни. Как наши, так и исследования других авторов показывают возможность получения

самостирания голограмм при комнатной температуре, что позволяет создать скоростное голографическое запоминающее устройство, обеспечивающее возможность одновременной независимой записи и стирания большого числа голограмм в разных областях одного и того же кристалла регистрирующей среды. Это достигается тем, что примесь железа составляет 0,3 - 1,0 %. Дифракционая эффективность голограмм экспоненциально убывает со временем. Характерное время экспоненты т резко 'убывает с ростом концентрации железа. Проведенные нами исследования показывают возможность применения ЫЛЬО^гУв для реверсивной записи и хранения информции в голографических системах памяти, а также позволяют более точно учитывать эффект фоторефракции при работе кристаллов ниобата лития в качестве дефлекторов й модуляторов света.

В этой ге главе приводятся результаты исследования голографических характеристик ХСП пленок. Исследование влияния термообработки объемных материалов на оптические и голографические параметры Ав - Бе проводились на пленочных образцах толщиной от 0,3 до 1 мкм. Для создания различной тепловой предыстории исходный триселенид мышьяка одной партии обрабатывался в эвакуированных кварцевых ампулах при различных температурах (Т^р = 390 , 420 , 550 и 600°С ) в- течение 1 часа с последующей закалкой на воздухе. На пленках Ав - Бе были записаны голограммы и. в процессе записи производились измерения их дифракционной эффективности (т) ). Определяли относительное значение Т) и сдвига края оптического пропускания АХ. Максимальное оптическое пропускание наблюдалось в пленках, полученных из оптическое пропускание наблюдалось в пленках, полученных из образца с Т,^ - 500°С (Рис.3). Следует отметить, что полного стирания предыстории не происходит даже пойле отжига пленки при температуре стирания и остается аналогичным характер зависимостей оптического пропускания и АЛ. от Т^р. Аналогичный характер для всех температур обработки исходного материала имеют дифракционные эффективности записанных голограмм. Они растут с увеличением Т^р , достигая максимального значения при Т^р ~ 500°С. Также выявлена экстремальная зависимость структурно -чувствительных параметров объемных образцов от температуры термообработки с положением экстремума в области Т^р « 500°С. Так, в этой области наблюдается максимальное значение микротвердости. Аналогичный вид имеет зависимость энергии активации кристаллизации, определяемая из термического анализа.

Эксперименты по растворению образцов в 10 X КОН показали, что с ростом температуры обработки до 500°С - 550°С уменьшается количество нерастворимого осадка и возрастают микротвердость, энергия активации кристаллизации. При дальнейшем увеличении Т^р незначительно уменьшается количество нерастворимого осадка, но при этом снижается и микротвердость, и энергия активации кристаллизации.

Композиционные зависимости дифракционной эффективности и сдвига края оптического поглощения для пленок системы Аа - Бо имеют максимум для пленок с содержанием мышьяка 65 ат% (Рис 4). Зависимости аналогичны таковым для системы Ле - Б. Уменьшение дифракционной эффективности при увеличении содержания Ав более 65 атХ, очевидно объясняется неустойчивостью пленок, состав которых выходит за пределы области.стеклования. Таким образом, полученные экспериментальные результаты свидетельствуют в пользу существенного влияния предастории объемных материалов как на абсолютные значения парметров их пленок, так и на степень изменения этих параметров в процессе внешних воздейставий.

Под влиянием ионизирующего излучения определенным образом изменяется структура материала, что приводит, соответственно, к изменениям физических характеристик вещества. Материалы ХСП в виде тонких пленок, нанесенные методом вакуумного напыления на подложки из сапфира и различных марок стекла, подвергались 7 -облучению различными дозами (103 - 109 Р ). Наши результаты показывают, что влияние ^-облучения на дифракционную эффективность записанных голограмм в значительной степени обусловлено ходом кривой пропускания. Аналогичные результаты были . получены для голограмм, записанных на предварительно облученном образце. Значение отношения дифракционной эффективности к пропусканию имели разброс, обусловленный погрешностью эксперимента, тем не менее заметная скоррелированность этих данных позволила предположить, что 7 - облучение не приводит к какому-либо изменению в материале ХСП, которое влияет на . свойства записанных голограмм. Изменения голографических характеристик образцов, по-видимому, зависят от степени влияния 7 - облучения на материал подложек. Пропускание же подложек под влиянием 7 - облучения до доз 109 Р может изменяться в 4 - 8 раз. Наблюдается некоторое ослабление радиационно - наведенных свойств на подложки по истечению значительного промежутка времени, связанное с нестабильностью центров окраски наведенных в

материале подложек. Срок хранения записанных голограмм при определенных условиях составляет 10 лет и более.

В__четвертой__главе рассмотрены физические основы и создание

ячеек акустооптических элементов для управления лазерным излучением в системах оптической обработки и хранения информации. Проанализированы основные требования к дефлекторам в оптических системах памяти и особенности сканирования света на основе брэгговской дифракции лазерного луча на акустической волне в оптических изотропных и анизотропных средах. Показано, что использование в дефлекторах анизотропного рассеяния может дать выигрыш в разрешении по сравнению с аналогичным дефлектором с изотропным рассеянием. Анизотропная брэгговская дифракция света наблюдается в .оптически аниеотропной среде и характеризуется изменением поляризации отклоненного света по отношению к падающему. Преимущества использования этого типа дифракции света в АОД вытекают из принципиально иного, чем при изотропной дифракции света характера зависимости угла падения Брэгга от акустической частоты.Специальным выбором геометрии взаимодействия света и звука удается войти в область частот 1В,где угол Брэгга слабо зависит от изменения частоты. Отмеченная особенность характеризует рассеяние вблизи минимума угла .падения света на акустический волновой фронт и не имеет места при дифракции в изотропной среде.Выигрыш по разрешению,который дает использование анизотропной дифракции света НА по сравннию с изотропной Ки , можно оценить по формуле: Нж /Ни~ 1,6 1° V л Ав /(Чвпа), где К - длина, волны света, Пд - показатель преломления среды звукопровода для дифрагированных световых волн. Как правило, КА / Ни - 10, поэтому при заданном разрешении в случае анизотропного рассеяния света можно использовать акустические пучки с большой апертурой Ав, что уменьшает потребляемую устройством мощность. Режимы дифракции со слабой селективностью реализуются лишь при правильном выборе поляризации падающего света. Если же поляризация света выбрана неверной, или угол падения далек от своего минимального значения, то как

показывает расчет, селективность анизотропного рассеяния окажется сильнее, чем изотропного. Характеристики подобного дефлектора будут уступать характеристикам дефлектора с изотропной дифракцией света. Преимущества анизотропного рассеяния света проявляются наиболее сильно лишь на высоких частотах ульт{ ¿звука, когда расходимость ультразвукового столба мала и она не может

обеспечить широкополосного сканирования света. На практике анизотропная дифракция света применяется весьма редко. Это во многом объясняется отсутствием эффективных материалов для анизотропной дифракции. В принципе, в оптических изотропных материалах - кубических кристаллах, обладающих хорошим акустооптическим качеством, возможно создание искусственной анизотропии внешним статическим давлением, например, в исследованных нами кристаллах фосфида галлия (СаР ). Такой подход существенно расширяет круг материалов, пригодных для использования в акустооптических устройствах с анизотропной дифракцией света.

При создании акустооптических элементов для управления параметрами лазерного излучения ватным этапом является выбор пьезодиэлектрических преобразователей, с помощью которых в рабочем материале "звукопровода" возбуждаются акустические волны. Для использования в качестве преобразователей матеиалов, эффективно работающих в ВЧ и СВЧ диапазонах, наиболее подходящими являются монокристаллы пьезоэлектрика ниобата лития - ЫКЬ03 , с помощью которых можно генерировать сдвиговые акустические волны с коэффициентом электрохимической связи ка - 0,68 и продольные волны с к^ - 0,49. После выбора исходного материала для преобразователя и светозвукопровода наиболее существенным этапом в изготовлении АО ячейки является соединение пластинки пьезокристалла со звукопроводом посредством слоя связующих материалов.Следует отметить, что слой связующего материала вносит дополнительные потери в преобразование электрической мощности в акустическую и может привести к акустическому рассогласованию . преобразователя и звукопровода. , Учитывая эти требования, нами была разработана и создана универсальная установка, которая позволяет напылять вспомогательные и связывающие слои и диффузионно сваривать образцы пьезопреобразователя со звукопроводом, не нарушая при этом вакуума в объеме рабочей камеры установки. Многочисленные эксперименты по созданию узлов акустооптических устройств . и их исследования показали необходимость последовательного * и строгого выполнения всех технологических этапов, которые были выработаны нами. Проведение всех этапов технологических операций стало возможным благодаря использованию разработанной нами установки. Предложенная технология позволяет изготовить пьезопреобразоват^ли акустооптических ячеек с . весьма малыми потерями при

- гс -

преобразовании электрической энергии в акустическую - не более 5 - 8 дБ на частотах 20 - 200 МГц.

Разработаные нами различные варианты экспериментальной установки и разработанная технология диффузионной сварки пьезо-преобразователя со эвукопроводом позволяют создание элементов акустооптических устройств с различными технологическими параметрами для широких апертур акустических и оптических лучей с размерами ввукопровода от Б х 5 х 10 мм3 до 45х45х(10 - 100) мм3.

В конце четвертой главы приводятся описания методик проверки и контроля качества свари пьезодиэлектрического преобразователя со светозвукопроводом. Качество изготовления АОД во многом определяется структурой акустического пучка внутри звукопровода. Структура ультразвуковых пучков в их ближней и дальней волновых зонах исследовалась с помощью дифракции света на ультразвуке: изменением угла падения света по диаграммам направленности, просвечиванием ячейки АОД широким коллимированным оптическим пучком, зондированием акустического пучка тонким световым лучом. Необходиостъ таких исследований была вызвана тем, что основные характеристики АОД такие, как разрешение и интенсивность дифрагированного света определяются параметрами акустических пучков: их шириной в направлении распространения света и в поперечной направлении В8 , а также распределением акустической энергии по сечению пучков. Этими методами контролировались все разработанные нами вкусто-оптические элементы на кварце, фосфиде галлия, парателлурите и других материалах.

В__пятой___главе_ приводятся экспериментальные результаты

исследований характеристик созданных нами элементов акустооптических устройств управления лазерным излучением в различных материалах: плавленном кварце, фосфиде галлия (СвР), парателлурите (Те02 ) и халькогенидных стеклах тройных и четверных систем Се - 8 - Бе - Те (И ). Все элементы дефлектора созданы нами по технологии, описанной в предыдущей главе. Экспериментальная проверка расчетов параметров дефлектора проводилась на элементах из кристалла фосфида галлия СаР и плавленного кварца 8102, Дифракция света на СаР осуществлялась вдоль направления С1001 кристалла. Были созданы два макета АОД с собственными частотами Х^- 72 МГц и 1^-104 МГц. Ячейки дефлекторов представляли собой кристаллы СаР размером 0,65 х 1,0 х 1,5 см3. Пьезопреобрвэова: сыпями служили пластинки ниобата лития £1КЬ03 X - среза с размерами Ад-

0,95 см, Вдв 0,4 см, прикрепленные к звукопроводу. Общая толщина склейки не превышала 1,5 мкм. Эффективность преобразования электрической мощности в акустическую, зависящая от согласования электрических параметров преобразователя с генератором, оценивалась по интенсивности дифрагированного света и состаляла - 20%. В разработанных ячейках АОД реализовался случай дифракции света, промежуточный между брэгговским и раман - натовским, что было подтверждено экспериментально. При управляющей электрической мощности 1 Вт на центральных частотах диапазона сканирования интенсивность дифрагированного света в t 1 дифракционных порядках составляет до 20 - 25 % от интенсивности падающего света на ячейку АОД. Эффективность дифракции света практически не зависела от поляризации падающего света.

Полосы частот сканирования Хд оценивались по уровню 0,5 частотной характеристики эффективности дифракции и составляли-,. как правило, 50 - 60% от центральной частоты. Расчеты показали, что частотный диапазон для разработанных ячеек был ограничен, в основном, не селективностью брэгговской дифракции, а полосами пьезоэлектрических преобразователей и условием согласования ячейки АОД с генератором. Ячейка дефлектора с собственной частотой 1^-72 МГц имела максимальное разрешение N - 165, а 1^-104 МГц имела 175 элементов. Быстродействие дефлекторов характеризовалось временем 1 - 3,7 мкс. Была изготовлена серия ячеек АОД на плавленном кварце с различными параметрами в области частот 1^-30-70 МГц.

Экспериментальное исследование сканирования света при анизотропной дифракции проводилось на высокоэффективном монокристалле парателлурита ( Те02 ). Коэффициент качества М2 - 1200 х ID"18 с3/г парателлурита в 33 раза больше, чем у фосфида галлия. Высокая акустооптическая эффективность, возможность работы в режиме анизотропной дифракции делает кристаллы Тб02 перспективными для использования в устройствах управления световыми потоками в разрабатываемых системах ОП.

Кристаллы Те02 характеризуются высокой оптической активностью. Поэтому широкополосному сканированию удовлетворяет условие работы со световым пучком, имеющим эллиптическую поляризацию. Линейно поляризованный свет превращался в эллиптически поляризованный кварцевой пластинкой А/4. Экспериментально определенное значение частоты - 38 * 0,5 МГц. В час^сгном диапазоне 1В » 30 - ' 50,5 МГц при бысродействии t • 19,4 мкс и упр^зляощеа

^электрической мощности Рг - 120 мВт максимальное теоретически :достижимое число разрешимых элементов составляет К - 400 при эффективности дифракции в первом дифракционном порядке до 80*. Измеренное значение полосы частот сканирования второго дифракционного, порядка оказалось равным 1в - 4,5 МГц и

практически не зависело от мощности управляющего сигнала. Максимальная эффективность дифракции света во втором порядке Ig-65% достигалась при мощности Рг ■ 500 мВт. Число разрешимых элементов N при сканировании света во втором порядке с учетом двухкратного выигрыша в разрешении равно 175.

Однако реальное разрешение дефлектора оказывается меньше рассчитанного по формуле N = AXt. Это объясняется тем, что при выводе формулы для разрешения использовался дифракционный предел расходимости оптического пучка Дср^ = А/а. В действительности расходимость оптического пучка определяется не только апертурой акустооптической ячейки вдоль направления распространения звука, но и оптическим качеством кристалла звукопровода, его однородностью, качеством его поверхности, совершенством используемой оптики. Большое увеличение расходимости дифрагированного светового пучка вносится структурой ультразвукового пучка, его неоднородностью, особенно вдоль направления распространения ультразвука. В работе проведена серия измерений реального разрешения дефлектора на кристаллах TeOg. Установлено, что оно оказалось меньше теоретического значения на 10 - 12* : Н - 330±20.

Исследовалось также влияние разогрева звукопровода ячейки АОД акустической и электрической мощностью на характеристики дефлектора.Показано,что в качестве предельного управляющего сигнала может быть принята величина Рг=500 мВт, при которой значение разрешения остается стабильным в течение нескольких часов работы.

В работе экспериментально показаны возможности существования анизотропной дифракции света на ультразвуке в кубических кристаллах фосфида галлия' с искусственной анизотропией.В экспериментах использовались те же ячейки АОД на СаР, что и в случае изучения режима изотропной дифракции.Разница заключалась в установке за исследуемой ячейкой анализатора, который позволял выделять в дифрагированном свете компоненту, поляризованную параллельно (изотропная дифракция света) или перпендикулярно (анизотропное рассеяние света) поляризации входного луча. Кроме того, конструкция акустооптической ячейки

предусматривала возможность приложения внешнего статического давления вдоль двух направлений: по оси и вдоль направления-распространения ультразвука,т.е. по направлению кристалла (рис.5 ).

Увеличение внешнего давления приводило к увеличению частоты - центральной частоты диапазона сканирования -

разрабатываемых дефлекторов. При приложении внешнего давления а < 107 Н/м2 , где а т механическое давление, двулучепреломление среды достигало величины п 1С)-* .которая соответствовала частотам Х^ = 150 - 200 МГц. Возможность управления центральной частотой Г^ внешним статическим давлением позволяет" выйти в наиболее интересный с практической точки зрения диапазон акустических частот в сотни мегагерц, который в настоящее время хорошо освоен, и тем самым делает реальной разработку АОД отвечающих треоованиям систем оптической памяти. В ячейке наблюдалась также изотропная дифракция света (рис. 6).На основе проведенных исследований разраоотаны АОД на кубическом кристалле СаР с искусственной анизотропией. Максимальное число разрешимых элементов приборов достигает двухсот элементов при быстродействии т - 3,7 мкс. Интенсивность дифрагированного света составляет 40 - 50% при управляющей электрической мощности 1 Вт.

Для- считывания оптической информации в гологра^ической системе памяти на ленточном фототермопластическом носителе нами разработан и исследован АОД на парателлурите ).Исследование

этого дефлектора показало, что разработанный макет удовлетворяет требованиям,предъявляемым к устройствам хранения голографической информации с ленточными носителями данных, где предусмотрена в дальнейшем запись информации на 76 дорожках. Эффективность дифракции в дефлекторе превышает 60%, а максимальное число разрешимых элементов может достигать N т 350 при быстродействии не хуже ч ^ 20мкс. Полоса рабочих частот - 55 МГц. Считывание информации с носителя может обеспечиваться как в случае использования ленточного носителя с одним каналом или дорожкой, так и в случае нескольких каналов.

В конце пятой главы приводятся результаты исследований акустсптических свойств халькогенидных стекол. Халькогенидные стекла являются перспективными акустооптическими материалами' для управления мзлучением С02-лазера.Определены акусчооптические свойства халькогенидных стекол в тройных Се -S -So, Се -S -Те, Се -Se -Т1 и в четверных системах Се -Sb -Se -Те и Се -Sb -So -Т1. Синтез стекол был проведен г ИОНХ АН СССР. ' Измерения

коэффициентов акустооптического качества М2 халькогенидных стекол проводились по методике Диксона и Коэна. Также были определены скорость распространения звука и коэффициент затухания ультразвуковых волн в халькогенидных стеклах. Приводятся данные об оптических свойствах этих материалов. По результатам исследований были выбраны оптимальные составы стекол для использования в акустооптике и созданы элементы акустооптического дефлектора для ИК области спектра, что показывает перспективность использования халькогенидных стекол в качестве рабочей среды в акустооптических устройствах.

В__Приложениях к диссертации приводятся таблица, в которой

отражены данные о широкораспространенных лазерных гранатах и описание устройства для диффузионной сварки пьезоэлектрических преобразователей со звукопроводом.

В заключении формулируются основные результаты, полученные в диссертации.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Главным научным результатом диссертации является теоретическое и экспериментальное исследование и обоснование возможности создания новых лазерных материалов и элементной базы для лазерной техники, оптоэлектроники и оптической инженерии. Основные результаты работы состоят в следующем:

1. Впервые методом оптической зонной плавки выращен указанный ниже ряд монокристаллов гранатов с различными примесями редкоземельных ионов и ионов переходной группы. Выяснено, что наличие точечных дефектов и дислокаций в гранатах зависит от метода и режимов их выращивания. Влияние этих эффектов обнаруживается по характерным дополнительным полосам в спектрах поглощения.

2. Анализ на базе современной теории кристаллического поля полученных спектров поглощения и люминесценции позволил построить схемы энергетических уровней ионов ТЪ3+в ИАГ:ТЪ; в ИАГ:1)у; И34 в ИАГ:И; Сг3+ и Ип3+ в ДАГ:Сг, ГАГ:Сг, ИбАГ:Сг и ДАТ : Ш, ГАГ : Ш, ИбАГ : На; 1М3+ в ЛАГ х Ш, ДАТ : N(1, ГАГ : N«1, ИбАГ : N¿1, ИАГГ : N(1. Исследованы генерационные характеристики этих кристаллов. Впервые приводятся данные спектра люминесценции ИАГ:И при возбуждении электронным пучком и данные о параметрах индуцированного излучения иона И3+ в алюмо-иттриевом гранате. Эффект генерации излучения наблюдался в

- 29 -

ультрафиолетовой области на длине волны 314,6 нм ( -

3. Установлено, что даже при малых концентрациях хрома в НАГ : Сг наряду с мономерными центрами ионы хрома образуют центры полимерного типа. Обнаружено существование процесса передачи' энергии Сг3+=> К(13+, когда ионы Сг3+ находятся в центрах полимерного типа кристаллов ИАГ : Сг.Ш. Спектры люминесценции и поглощения при гелиевых температурах смешанных гранатов

^2 95Ий0 05АЬ5-гСах°12 = 0 _ 2) доказывают наличие по крайней мере четырех типов оптических центров, содержащих Кй3+.

4. Из анализа спектров Сг3+ и ¡¿п3+ следует, что переход от решетки ДАТ к ГАГ и далее к ИбАГ сопровождается увеличением кристаллического поля Пд при сохранении симметрии окружения. С другой стороны, спектры Ы13+ показывают, что при переходе от одной решетки к другой в ряду ИГГ - ИАГ - ДАТ - ГАГ - ТАГ при изменении Dq величина энергий термов ведет себя неодинаково: возможно как увеличение расщепления, так и их локальное' уменьшение. Генерация вынужденного излучения получена в этих кристаллах на длине волны 1064,2 нм (^3/2 ' ПРИ комнатной температуре с порогом 14 Дж.

5. Получены новые данные по голографичоской записи информации на фотохромных кристаллах содалита и сегнетоэлектрических кристаллах ниобата лития с примесью железа (ЫИЬО^гРо). Установлено,

что с повышением концентрации ионов железа значительно-увеличивается светочувствительность кристалла. Изменение значения коэффициента преломления для обыкновенного луча п0 происходит от 0,1х10"4 до 0,8х10~4. Интерпретация полученных результатов позволяет утверждать, что запись голограмм в кристаллах ЬШ>03:Ре в основном обусловлена фотовольтаическим эффектом.

6. Результаты исследований чувствительности, дифракционной эффективности, реверсивности, сохраняемости голографической записи в кристаллах содалита и ЬШэ03:?э позволяют предложить на основе этих материалов оптические схемы ГЗУ для реверсивного хранения оптической информации, Проведение исследования позволяют более точно учитывать эффект фоторефракции при работе кристаллов 1.Ш)03:Рв в качестве дефлекторов и модуляторов света.

7. Определены зависимости оптических и голсграфических характеристик пленок системы Ав - Бе от предыстории исходных объемных материалов. Выявлена экстремальная зависимость структурно - чувствительных параметров объемных образцов от

температуры термообработки с положением экстремума в области Т = = 500°С. Необходимо отметить более чем двухкратное изменение дифракционной эффективности при изменении тепловой предыстории исходного материала.

8. Показано, что композиционные зависимости дифракционной эффективности гологорамм и сдвига края оптического поглощения К в -^в^Бе^^и Ав^Б^ пленках имеют максимум для пленок с содержанием мышьяка 65 атХ. Уменьшение дифракционной эффективности при увеличении содержания Ав более 65 ат%, объясняется неустойчивостью пленок, состав которых выходит за пределы области стеклования.

9. Установлено влияние воздействия 7 - излучения на оптические и голографические характеристики систем Ав - Б и Аб - Бе. Показано, что в интервале доз облучения 103 - 109 Рентген оптические свойства и дифракционные эффективности записанных голограмм не меняются. Доказано, что срок хранения записанных голограмм при

определенных условиях составляет 10 лет и более.

10. Показано, что использование в дефлекторах анизотропного рассеяния может дать выигрыш в разрешении по сравнению с аналогичным дефлектором с изотропным рассеянием. В частности, на кристалле фосфида галлия кроме изотропной брэгговской дифракции. . света на ультразвуке получека анизотропная брэгговская дифракция, обусловленная искусственной оптичесской анизотропией, которая создана действием внешнего статического давления. Это позволяет на порядок улучшить основные характеристики . АОД на изотропном материале.

11. Установлено, что наилучшее качество вакуумной диффузионной сварки достигается при толщинах индиевых слоев 0,35 - 1,0 мкм. Различные варианты разработанных экспериментальных установок и технологической цепочки позволяют создать элементы АО устройств для широких апертур акустических и оптических лучей с размерами деталей (светозвукопровод) от 5x5x10 мм3 до 45х45х(10 - 100 ) мм3.

12. Созданы и исследованы ячейки Брэгга на плавленном кварце и фосфиде галлия. Дефлекторы на кристаллах СвР работали в диапазонах частот ультразвука ДХ0= 49-35 МГц и Л1а= 80-129 МГц. Достигнуто максимальное число разрешимых ¿¿элементов N = 200. Эффективность дифракции света при Рг=1Вт управляющей электрической мощности достигла 20 - 25%. Для Б102 Мв = 46 - 70 МГц, N = 42

и эффективность 0,6*. Разработаны и исследованы АОД на кристалле парателлурита (Те02 ), использующие анизотропную дифракцию Брэгга

на сдвиговой акустической волне, распространяющейся вдоль направления С110J кристалла. Эти АОД имели в частотном диапазоне AÍB= 20,5 МГц при быстродействии т ^ 20 мкс и управляющей электрической мощности Рр= 120 мВт разрешение N = 400 с эффективностью дифракции 40 - 80%. В режиме двухкратного рассеяния в полосе в полосе AÍB=4,65 МГц максимальное разрешение составляет ff = 180 при Рр = 0,5.Вт.

13. Предложен для систем считывания оптической информации в голографической системе памяти не ленточном фототермопластическом носителе АОД на парателлурите, имеющий следующие характеристики: коэффициент оптического пропускания не менее 91%; максимальная дифракционная эффективность ~ 62%; центральная рабочая частота - 95 МГц; полоса рабочих частот - 55 МГц; быстродействие - 10мкс; число разрешения К = 550; Мощность управляющего сигнала -

0.5.Вт. Испытания дефлектора в системе ленточного голографического запоминающего устройства показали перспективность использования его в системах оптической обработки и хранения информации.

14. Определены акустооптические сзойства халькогенидных стекол в тройных и четверных системах: Ge-S-Se, Co-S-To, Ge-Se-Tl, Ge-Sb-Se-Te, Ge-Sb-Se-Tl, а также выбраны оптимальные составы стекол для использования з акустооптике и созданы элементы акустооптического дефлектора ИН области спектра (X = 10,6 мкм ).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Азаматов З.Т., Арсеньев П..А., Багдасаров Х.С., Бедилов М.Р.,

Евдокимов А.А., Цеханович В.М. Дефекты в материалах квантовой электроники. Ташкент. Изд-во "Фан". 1991. - 260с.

2. Азаматов З.Т., Арсеньев П.А., Чукичев М.В. Спектры гадолиния в монокристаллах алюмо-иттриевого граната//Оптика и спектроскопия.1970. Т.28. №2. С.289-291.

3. Азаматов З.Т., Арсеньев П.А., Чукичев М.В. Исследование энергетических уровней Nd3+ в решетках некоторых редкоземельных и смешанных гранатов/ЛСУрнад ¡прикладной спектроскопии. 1970. Т.13. #1. С.155-157.

4. Азаматов 3.Т.,' . Арсеньев П.А., Чукичев М,В. Некоторые спектроскопические свойства монокристаллов алюмо-итгриевого граната, легированного тарбием//Электронная техника. 1971.

■Сер.14. "Материалы". Вып.1. С.78-84.

5. Азаматов З.Т., Арсеньев П.А., Чукичев М.В. Спектральные параметры трехвалентного хрома в монокристаллах ряда редкоземельных гранатов//Известия ВУЗов. Сер.Физика. 1970.

. #11.С.

6. Azaraatov Z.T., Arsen^ev P.A., Gerashina T.Ju., Chuklchev H.V. Properties oí chrjraium Ions In the llttice oí yttriura aluminium garnet (YAC )//Phys.Stat .Sol.(a)7 1970. VA1. »4.

; P.801-805.

7. Азаматов 3.T., Арсеньев П.A., Чукичев M.B. Исследование индуцированного излучения и диаграмм энергетических уровней Nd3+ в монокристаллах лютеиий - алюминиевого граната (LuAG) // Кристаллография.1970. Т.15. №4. С.827-829. .

8. Азаматов З.Т., Арсеньев П.А., Бинерт К.Э., Чукичев М.В. Спектроскопические свойства иона диспрозия (Ву3+ ) в решетке алюмо-иттриевого граната//Изв.ВУЗбв. CèfiiФизика. 1970. №2. С.76-82.

9. Азаматов З.Т., Маматджанов Ф.Д. rojiorpä$vtaecKMe запоминающие устройства//Вопросы кибернетики. Ташкент,! 1973.Выл.62. С. 135.

10. Азаматов З.Т., Мамаджанов Ф.Д. Техника отклонения лазерного луча для голографического запоминающего устройства//Вопросы кибернетики. Вып.62, 1973. С.146. (Ташкент).

11. Азаматов З.Тз, Маматджанов Ф.Д., Ташпулатов Х.З. Технология изготовления ячейки акустооптического . дефлектора//В сб.:Проблемы управления параметрами лазерного излучения. Ташкент.ТашГУ. 1978. С.33-34.

12. Абдуразаков А., Азаматов З.Т., Антонов В.А. и др. Термостимулированная люминесценция и термостимулированные токи в монокристаллах иттрий-алюминиевого граната и смешанных твердых растворах, легированных ионами редкоземельных элементов//Тезисы докл. 1У Всесоюзного совещания по глубоким уровням в полупроводниках. 22-24 октябрь. 1980. Ташкент.

13. A.C. 774865 ( СССР ). Установка для диффузионной сварки (Азаматов З.Т., Дерюгин И.А., Мамаджанов Ф.Д., Ташпулатов Х.З., Талалаев М.А. ). Опубл. в Б.И. 1980. .»40.

14. Азаматов З.Т., Минаев B.C., Михалев Н.И. Влияние тепловой предыстории и состава на фотостимулированные превращения в пленках системы Ав - Se//CÖ. "Аморфные и стеклообразные полупроводники в пленках системы As - So".Калининград.1982.

15. Азаматов 3.Т., Вахидов Ш.А., Таджи-Аглаев X. Исследование

некоторых голографических характеристик содалита//йзв. АН УзССР. Сер.Физ.Мат.наук.1980. J?l. С.62-64.

16. Азаматов З.Т., Ким В.М., Садыкова Ш.З. и др. К вопросу о влиянии 7 - облучения на некоторые свойства халькогенидных стеклообразных полупроводников//Тезисы докладов Всесоюзной конф. "Регистрирующие среды, методы и аппаратура голографии". Май.Кишинев. 1980. С.64-66.

17. Минаев В.С.,Михалев Н.И.,Попов А.И., Азаматов 3.Т.,Кадырова Д.Р..Садыкова Ш. Влияние тепловой предыстории и состава на фотоиндуцированные превращения в пленках системы As - Se// Труды МЭИ. 1981. Вып.537. С.95-99.

18. Азаматов З.т., Мамаджанов Ф.Д., Парыгин В.Н., Волошинов В.В., Ташпулатов Х.З. Отклонение световых пучков в криста.ч.пс фосфида . галлия акустооптическим методом//Изв. АН УзССР.Сер.физ.мат.на ук. 1981. №2. С.64-67.

19; Азаматов З.Т., Волошинов В.В., Маматджанов Ф.Д., Парыгин В.Н. Акустооптический дефлетор на фосфиде галлия//Радаотехникя и электроника. 1981. Т26. JP10. С.2233-2234.

20. Азаматов З.Т., Волошинов В.В., Маматджанов Ф.Д., Парыгин В.Н. Анизотропная дифракция света в кристалле фосфида галлия с искусственной анизотропией//Квантовая электроника. 1981. Т.8. Л*9. С.2026-2029.

21. Азаматов З.Т., Волошинов В.В., Маматджанов Ф.Д., Парыгин В.Н. Дефлектор света на кристалле с искусственной анизотропией. В кн.:Радиооптика. Тезисы докладов Г Всесоюзной конференции. Фрунзе. Фрунз.политех. ин-т. 1931, С.199-200.

22. Азаматов З.Тз, Попов А.И., Михалев Н.И. Влияние тепловой предыстории и состава на фотоиндуцированные превращения в пленках системы As - Бо//Изв. АН_УзССР. 1983. tfl.

23. Азаматов З.Т., Маматджанов Ф.Д., Ташпулатов Х.З. Оптимизация согласующей цепи акустооптического дефлектора// Вопросы кибернетики. Ташкент. Вып.126. С.81-84.

24. Азаматов З.Т., Расулов И.К. Голографическая запись информации на кристаллах ниобата лития//Изв. АН УзССР. Сер.физ.мат.наук. JP3. 1984. С, 61-63.

25. Азаматов З.Т., Кадырова Д.Р., Садыкова Ш.З., Минаев B.C., Михалев Н.И., Попов А.И. Влияние тепловой предыстории и

состава на фотоиндуцированные превращения в пленках системы Ав - Se //Изв. АН. УзССР. 1982. №3. С.66-68.

26. A.C. 110661? (СССР). Установка для диффузионной сварки (Азаматов З.Т.; Аэляров A.A., Дерюгин И.А., Маматдтанов Ф.Д., Ташпулатов Х.З, Толкунов Л.И.). Опубл. в Б. И. 1984. #29.

27°. Азаматов З.Т., Беликов И. Б., Волошинов В. Б., Маматджанов Ф, Парыгин В.Н. Акустооптическое взаимодействие в кристалле ТоО^/Тезисы докладов XII Всесоюзной конференции по акустоэлектронике и квантовой акустике. Саратов. 1983. 4.1.С.322-324.

28. Азахгатов З.Т., .Беликов И.Б., Волошинов В,Б., Маматдзеанов Ф.Д., Парыгин В.Н. Сканирование световых пучков .в кристалле парателлурита.//Вестник МГУ. Сер.З. Физика и астрономия. 1984. JP1. С.59-64.

29. Азаматов З.Т., Беликов И.В., Волошинов В.Б., Дерюгин И.А., Маматдаанов Ф.Д., Парыгин В'.Н. Акустооптический дефлектор на кристалле парателлурита.// Изв. АН УзССР. Сер.техн.наук. 1984. JK2. С.62-65.

30. Кабулов В.К., Азаматов З.Т., Ерпинкин В.А., Пирмухамедов А.Н., Юницкий Г.С. Некоторые вопросы создания банка данных на основе голографического запоминающего устройства.//Тезисы докладов II Всесоюзной конференции по банку данных. Киев - Ташкент. 1983. . .

31. Азаматов З.Т., Уланов В.Г. Линеаризация записи голограмм управляемых транспарантов// Труды II Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы развития радиооптики". Июнь.1985. Тбилиси. ■ —

32. Азаматов З.Т., Маматдганов Ф.Д., Расулов Х.Х., Ташпулатов Х.З. Технология изготовления ячеек акустооптического модулятора с большой апертурой света и звука// В кн.: Тезисы докладов II Всесоюзной конференции по оптической обработке информации. Фрунзе.:Илим. 1990. С.149-150.

33. Азаматов З.Т., Маматдаанов Ф.Д.,. Расулов Х.Х., Ташпулатов Х.З. Методика определения значений параметров эквивалентной схемы пьезопреобразователя акустооптических устройств// Тезисы докладов II Всесоюзной конференции по оптической

- 35 -

обработке информации. Фрунзе. 1890. С.147-149.

34. Азаматов З.Т., Рахимов Д.А. Голографическая запись информации полупроводниковым лазером// Тезисы УГ-Всесоюзной конференции "Голография-90". Витебск. 1990

35. Азаматов З.Т, Маматджанов Ф.Д., Расулов Х.Х., Ташпулатов X Установка для диффузионной сварки в вакууме // ПТЭ. 1990.#1.С.211-213.

36. Азаматов З.Т., Дерюгин И.А., Маматджанов Ф.Д,, Парыгин В.И., Расулов Х.Х., Ташпулатов Х.З. Установка для диффузионной сварки// A.C. СССР. » 1682094. Опубл. в Б.И. 11991. J?37.

37. Азаматов З.Т., Маматджанов Ф.Д., Ташпулатов Х.З., Расулов Х.Х. Акустооптический дефлектор на Те02 //В кн.: Тезисы докладсз конференции ученых специалистов "Приборы'и средства автоматизации научных исследований и народного хозяйства республики". Ташкент.' 1991. С.27.

38. Абдуразаков A.A., Азаматов З.Т.//Тезисы Х1У-Мехдународной конференции по когерентной и нелинейной оптике (К и НО*91 ). Ленинград. 1991.

39. Азаматов З.Т., Маматджанов Ф.Д., Расулов Х.Х., Ташпулатов Х.З. Установка для диффузионной сварки//ПТЭ, 1993, № 4, с.213 - 216.

40. Азаматов З.Т., Хабибуллаев П.К., Еедилов М.Р., Уланоз В.Г. Спектральные и генерационные характеристики лазерных гранатов// УФЖ, 1993, S> 5.

41. Азаматов З.Т., Маматджанов Ф.Д., Маковская З.Г., Расулов Х,Х., Ташпулатов Х.З. Акустооптический модулятор на халькогенидном стекле типа Со - Sb - Sa - Те (Т1)// УФЖ, в 1993, #4.

/\

725

705

685

725

705

685

725

705

№5

725

705

725

—Мпт1 Рис.

705

685

725

—Мпт)

705

635

Спектр люминесценции монокристаллов У3 Сгх 012 ( пунктирная линия

при Т=300 К, сплопшая линия.при 'Т=77 К), а) Х=0.01; б) Х=0,03; в) Х=0,05 ; г) Х=0,1; д) Х=0,3 ;е) Х=£,0. Спектральная ширина щели 8~0,6 А .

Рис. 2 Схеиа экспериментальной установки:

1 - записывающий лазер ( Не-Сс1 ) =440 и»;«

2 - считывающий лазер < Не-//* ) Л= 633 нм;>

3 - дичфрагма; 4 - зеркала; 5 -светофильтры-

б - призма Волластона; 7 - образец Ыл/бО^ТРе 8 - фстопртяглх; 9 - усилитель ; 10 - саыопи-

С1-Ц.

Рис. 3. Изменение дифракционной эффективности ( *t ) и сдвига края оптического поглощения ( ¿Л ) пленок ^S4O.Se60,полученных из объемных материалов с различной предысторией.

О ¿,0 50 60 70 0т.%

Рис. 4. Композиционные зависимости дифракционной

эффективности (I) и сдвига края оптического . поглощения (2) в пленках Л$ .

Рис. 5. Схема установки для экспериментального изучения дефлектора на кристалле СаР.

Рис.б. Семейство кривых частотных зависимостей углов падения и дифракции света при различном внешнем давлении.

ОПТОЭЛЕКТРОНИКА МАТЕРИАЛЛАРИ ВА ЭЛЕМЕНТЛАРИНШГ СПЕКТРАЛ-ГЕНЕРАЦИОН, ГОЛОГРАФИК ХАМДА А'ГУСТООПТИК ХАРАКТЕРИСТИКАЛАРШ1ИНГ ТАДКЩОТИ

АЗАМАТОВ З.Т.

РСЧАЧА МАЗМУНИ

Ушбу диссертация оптоэлектроника муаммолари комплексининг ечимига багишланган. Унинг изчиллиги: нодир ер ва рткинчи элементлардан . иборат. аралашмас-и бор лазер гранатларининг монокристалларини ^идириш, синтез ^илиы хамда уларнинг спектроскопик, оптик ва генерацион хусусиятларини тадци(? к;илиш; баъзи Оир электрооптик материалларда голограммалар ёзиш жараёнида фоторефракция ходисасининг механизмини урганиш; . голографик характеристикаларини олиш ва кайталанузчи ойнасимон яримутказгичли халькогенид плёнкаларда турли хил ва мураккао ахборотларни ёзиш жяраёнини тад'^и^ эти а; оптоэлектрониканинг хар хил сохаларида ишлатишга м$лжалланган ишончли ва эффектив акустооптик дефлекторларни т&дцщ этиш, ишлаб чи^ариш ва яратиш оилан белгиланади. {{атламли оптик эритиш усули билан хар хил нодир ер элементлари ва уткинчи гуруз{ элементлари ионларидан иборат аралашмалари бор 20 дан ортик монокристалларнинг гранатлари устирилди. Гранатларда ну^тавий дефектларининг борлиги хамда уларнинг жойлашуви гранатларнинг устириш усули ва ^стириш режимига богликлиги ани^лаиди.

Биринчи марта ИАГ:И - нинг электрон окими билан талаёнлантирилгандаги люминесценция спектрлари ва М3+ ионининг мажбурий нурланиш параметрлари . тугрисидаги маълумстлар келтирилган. Бу кристаллда нурланишнинг хосил булиш эффекта

5'тишида 314,6 нм т?'л^ин • узунлигида кузатилди. Неодим ионлари билан активлаштирилган ^ушма иттербий-алюминий-галлийли гранатларнинг гелий температурасидаги люминесценция ва вггилиш спектрлари камида туртта турдаги Ш3+ли оптик марказлар борлигини тасди^лаб турибди. Сг3+ва 12п3+ спектрларининг тахлидидан ДАТ панжараларидан утиб ГАГ ва ундан оша ИОАГга у таз, локал атроф-му^итнинг симметриясини сацлаган холда, кристалл майдонининг кучини (Dq) ошишига олиб келиши куриниб турибди. Биринчи маротаба Нй3+ли аралашмаси бор нодир ер лютеций-алюминийли гранатнинг спектрал-генерацион характеристикалари урганилган.

Содалит фотохром кристаллари ва ЬШЯ3:Ре3+сегнетоэлектрик

кристалларда ахборотни голографик ёзиш б^йича янги маълумотлар олинди. Содалит ва ниобат литий кристалларида сезувчанлик, дифракция самарадорлиги ва голографик ёзувнинг сш;ланиши б?йича утказилган тадци^отлар натижаси уларни голографик хотира цурилмаларида оптик ахборотни реверсив сацлашда ишлатиш мумкинлигини к<?рсатди хамда ЬШЪОд кристалларини оптик дефлектор ва модуляторларда 1$ллаётганда рефракция ходисасини янада ани^роц хисобга олиш имкониятини берди.

Ав-Бе тизимидаги пардаларнинг сптик ва голографик характерис-тикаларнинг бирламчи материалларининг келиб чи^ипига боглии-лиги аницланган. Намуналарнинг структуравий-сезгирлик параметрлари билан термик ишлов температураси орасидаги экстремал сохаои Т=500°С булган богланиш топилган. Материалнинг бирламчи термик' ишлозини узгартирганда дифракция самарадорлиги икки маротябадан к?прок узгаргани кузаталган.10"'- 109 Рентген оралигида нурланганда пардаларнинг оптик хусусиятлари ва уларга ёзилган голограммалар дифракция самарадорлигининг узгармаганлиги кузатилган.

Дефлекторларда ёругликнинг анизотроп сочилишинипг кулланиши цурилманинг изотроп дефлектоларга нисбатан ажрата олиш курсаткичини ошириши курсатилган. Хусусан, галлий фосфид кристаллида статик босим таъсирида сунъий ёруглик анизотропиясига асосланган анизотроп Брэгг дифракцияси олинган. Натижада акустооптик дефлектор (АОД)нинг изотроп материалдаги' асосий ха-рактеристикалари бир тартибга яхшиланди. Экспериментал цурйлма-ва технологик занжирларнинг турли яратилган вариантларй оптик нурларнинг кенг апертурали акустооптик цурилма элёмент-ларини яратиш имконини берди. Куйма кварц ва фосфйд галлййда Брэгг изотроп дифракциясига асосланган АОД ячейкаси' яратилди ва текширилди. Нопп^арув чуввати Р=1 Вт б$?лгандагм дифракция самарадорлиги 20-25%га етди. Парателлуриг (ТоО,) АОДинииг 11=400 брлгандаги дифракция самарадорлиги эса 40-80 %га етди.

Фототермопластик тасмали хотара голографик тизими учун оптик ахборотни Уциинингпарателлурит асосидаги АОД яратилган ва тадь;и[{ ^илинган; бунда ёруглик утказиш коэффициента 91%дан кам эмас: максимал дифракцион самардорлик 62У>; марказий иш частотаси 95 МГц: ишчи частоталари кулами 55 МГц; тезкорлиги 10 мкс^ N=550; Р=0,5Вт. Акустооптикада ь^ллаш учун халькогенид шишаларнинг учланган ва туртланган (Се-(ЗЬ)-Бе-Те) бирикмаларининг акустооптик хоссалари ани^ланган ва спектрнинг инфра^изил (Х=1,06 ' мкм) сохаси учун АОД элемэнтлари ярытилган.

- ¿2 -

the investigation of the spectral-generating, holocrafic

and acoustooptic characteristics of materials and elements

of optoelectronics azamatov z.t.

summary

The dissertation Ib devoted to declBion of the complex of optoelectronics problems. Its actuality is defined by the search, synthesis and investigations of spectroscopic.generation and optic properties of laser garnet Bingle cristals with rare-earth and transition elements impurity; investigation o1 fotorefraction mechanism oi the holograiic record on " the some electrooptic materials; recllpt ol holograiic characteristics and. decoding oi the multiform, complicated processes ol information record on the reversible halcogenide glassformed semiconductor (CCS) films, the investigation, deslne and „' creation of effectiv and reliable acoustooptic deflectors (AOD) used for different optoelectronics

fields. ■ . ;

r

The more 20 garneti single cryBtals with different impurity of rare-earth ions and ions of transition group were grown. It was proved that the presens of point defects and dislocation in the garnets depends on the roettiod and regimes of their growth. At first the luminescence spectrum of YAG:Cd at excitation by electronic beam and data of parameters of induced radiation ol

o, •

Gd ions are given. The radiation generation effect in this cristal was obseved on the transition 6Py/2 '^^i/z at wave length 314,6nm.The luminescence and absorption spectra of Helium temperature of the mixed ytrium-aluminium-gallium garnets activated by neodymium have proved the presence at least four types of optical centers included'Nd3+.On account of Cr3+ and lln3+ spectra analysis it follows that the transition from DAG lattice to GAG and further to TAG is accomplished by increase of crystal field power Dq at concervation of the syimetry of local environment. At first the spechal-generation characteristics of rare-earth lutecium--alumlnium garnet with Nd3+ impurity were investigated.

The new data . on holographic record of information on photochromium cristal of sodalite and segnetoelectric crystals LiNb03:Fe3+ have been recieved. The results of investigations of the sensitivity, difraction efficiency, conversation of holographic record In Bodalite-and; lithium niobate cristals allow

to use them In hologram storage to reversible storage oX optic inXormation and to conside more precisely the photoreXractlon eXXect at using the LiNb03 cryctal as deflectors and light modulators.

The dependences oX optical and holographic characteristics oX 'lira oX As-So systems on prehistory oX initial bulk materials Is estebllshed. The extremal dependence oX structure-sensitive parameters oX the samples on temperature oi thermal treatment was estebliBhed with extremum at T = 500°C region.

It has shown, that optic properties oi the Xilms and the diXraction eXXiciencies ol recorded holograms aren't changed at exposure interval oi 103 - 10^ Roentgen.

It is shown, that the using of anisotropic dispersion in the deXlectors could give the beneXt oX resolution in comparison with the analogous deXlectors on isotropic dispersion. In particular, on the gal liven phosphide crystal the anisotropic Bragg diXraction caused by artiXicisl optic anisotropy, which was created- by external static pressure was obtained. It allows to improve the basic characteristic oX AOD on Isotropic materials in the order oX magnitude.

The diXXerent versions oX oXXerd experimental instollations and the technological chains allow . to make the elements oX acoustooptic apparaties Xor roid® apertures end optic beams. The AOD cells with isotropic Bragg diXraction on Jused quartz and gallium phophide were created and Investigated.

The diXraction eXXiciency at control power ol P=1W mounted to 20-25 percents. The AOD on paratellurite (TeOg) on the shiXt acoustic wav£,along [1101 direction oX the crystal had N=400 with diXraction eXXiciency is about 40-80 percents. The AOD on Te02 crystal with Xollowing characteristics: the optic transmission coeXXicient is not Iobb 91 percent; the raaxirura oX diXraction eXXiciency is 62 percent; the centre operating Xrequency is 95 UGzi the operating Xraqr.ancy band Is 55 MCz; the speed 1b 10 pa, N=550, P=0,5W was oXXered Xor the Bysteras oX optic Information readout in holographic storage system on the stripe phototerrooplastic canier. ■

The acoustooptic properties oX the chalcogenide glasses in threeXold and fourfold systems oX Ce-(Sb)-Se-Te for thier . application In the acoustoopticB were deXined. And also the jlenents oX AOD ol IR spectral region (X=1,06 pra) were created.