Третичный пироэлектрический эффект в ацентрических кристаллах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ФІЗИКИ РГ6 ОД

2 7 ЛІОН 1994

На правах рукопису

ЛЕВАШ ЛЕОНІД ВАСИЛЬОВИЧ

ТРЕШЧШЙ ПІРОЕЛЕКТРИЧНИЙ ЕФЕКТ В АЦЕНТРЙЧНИХ КРИСТАЛАХ

01.04,07 - фізика твердого тіла

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття вченого ступеня кандидата фізико-математичних наук

Киів-1994

Дисертаціою 0 рукопис.

Робота Еиконана в Інституті фізики НАНУ

Наукові керівники:

доктор технічних наук, професор Кременчуцький Лев Самсонович

кандидат технічних наук Косоротов Віктор Филипович

Офіційні опоненти:

Провідна організація:

доктор фізико-математичних наук, професор Островський Ігор Васильович

доктор фізико-математичних наук, професор Пучківська Галина Олександрівна

Інститут монокристалів НАНУ, м .Харків

Захист відбудеться

1994 року на засі-

данні Спеціалізованої вченої ради К 016.04.01 в Інституті фізики НАНУ (252650, ДСП, Киів-22, Пр.Науки,46). '

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Інституту фізики НАНУ.

Автореферат розісланий

_І994р.

Вчений секретар ^ __

Спеціалізовано! вченої рада & Пряюнська О.В.

Актуальність темп. Інтенсивний розвиток лазерної техніки супроводжується значним збільшенням вимог до апаратури, яка контролює ечергетичні та часові параметри потужних лазерів. При вимірюванні параметрів лазерів, працюючих в ІЧ-діапазоні, піроелектричні перетворювачі зарекомендували себе більш придатними ніж інші приймачі оптичного діапазону. Опромінення піроагтивних кристалів потужним лазерним випромінюванням супроводжується сп-льгаїм нагріванням всього кристалу та виникненням в його об"смі неоднорідних теплових полів, які приводить до зміни фізичних властивостей піроелектрика, що обмежує зверху динамічний діапазон вимірювань піроелектричними перетворювачами. В зв"язку з цим виникає актуальна задача пошуку нових фізичних принципів побудови піроелектричних перетворювачів, які б могли працювати в несприятливих теплових умовах. В цьому відношенні особливу увагу привертає до себе недостатньо вивчепий третинний піроелектричний ефект (ТЛЕ), який вносить вклад в піроелектричний сигнал якраз за рахунок наявності неоднорідних температурних полів у кристалах.

Перспективність використання ТЛЕ пря створенні нових типів перетворювачів Ешцоміьювання базується на властивих цьому ефе- ' кту фізичних особливостях об'ємного розподілу поляризаціі, що дозволяє провести просторовий розділ опроміншаноі області кристалу та області, в якій відбуваться генерація електричного сигналу. Це відкриває можливість використати в якості піроелектричних перетворювачів багатошарової структурі, у котрих оптичні, електричні, теплові та механічні властивості кожного пару вибираються оптимальними для виконання своеі функціі. Крім того, неоднорідне теплове збудження змінює симетрію кристалу І внаслідок цього з"являеться можливість використати в якості піроелектричних матеріалів п"єзоелектричні кристали, що раніше принципово не розглядались, серед яких в кристали, що суттєво перевищують своіми основними оптичними параметрами кращі піроелектрики. «

В зв"язку з цим актуальним науковим завданням є проведення комплексних досліджень фізичних закономірностей піроелектричних явищ, що з"являються в ацентричнлх кристалах або багатошарових структурах з цими кристалами при неврівноваженях теплових умовах.

- І -

ліетов jiftHoi nnaui в комплексне вивчення фізичного механізму виникнення піроелектрики в ацентричішх кристалах, що знаходяться в невріьноважених теплових умовах, створюваних за рахунок поглинання кристалом лазерного випромінювання.

В зв'язку а поставленою метоп вирішувались наступні завдання:

- розвиток методики дослідження піроелектричного ефекту в аце-нтричннх кристалах, що знаходяться в неврівноваженях тепловкх умовах;

- дослідження вигляду просторового розподілу третинноі компоненти поляризаціі в залежності від кристалографічного класу, типу його зрізу і умов поглинання випромінювання;

- дослідженіш інерційних властивостей ТІШ;

- дослідження ТПЕ в багатошарових структурах;

- створення нових приймачів випромінювання, в основі робота яких лежить використання ТНЕ.

Об'єкти досліджень. Дня досягнення поставленоі кети використовувались ацентричні кристали, що належать до різних кристалографічних класів з різними орієнтаціями: X , У і Z - зрізи L;N&0i, У і Z - зрізи кварцу, У - зріз ТГС, легованого/, -</ -аланіном.

Наукова новизна. Вперше зареєстрований піроелектричний сигнал, викликаний поперечним ТНЕ, і визначений максимальний внесок ТІШ в загальний сигнал для кристалів Li N& Оі і ТГС у випадку поверхневого поглинання. При цьому встановлено, що розподіл третинноі компоненти поляризаціі по товщині кристалу має складний знакозмінкий вигляд і якісно можна виділити три області, знак поляризації в яких постійний.

Ьилвлено, що ТЛЕ ноже проявлятися в ацентричних класах кристалів, щя цьому в піроелектричних класах ТІШ може спостерігатись і і) напрямках, перпендикулярних особливій полярній осі.

При цьому показано, що вигляд розподілу третинноі компоненти поляризаціі залежить не тільки від напряму, вздовж якого спостерігається ТПЕ, а і від типу грані, що піддаються опроміненні).

встановлено, що область рівноміїмоі частотноі характеристики ТПЕ визначається з боку низьких частот дифузійною сталов часу кристалу, а з боку висотах частот - значенням частоти найменшого електромеханічного резонансу, що виникає в об'ємі кристалу.

Розроблена високочутлива методика вимірювання поперечного ТЛЕ в прозо{і?х кристалах.

Вперше експериментально показано, що в одному й тому ж зрізі ацентркчного кристалу одночасно моте спостерігатися повздов-жний та поперечний ТПК.

Наукова та практична цінність визначається рядом нових принципових результатів:

- зареєстрована і визначена величина найбільшого внеску тре-тинноі компоненти поляризації в загальний піроелектричний сигнал в крясталах ¿;Ш0і і ТГС;

- зареєстрований третинний піроелектричний ефект в кристалах

SiOz> '

- установлений розподіл третинної компоненти поляризації по товщині кристалу і її залежність від полярного кута для різних кристалографічних класів і типів їх зрізів;

- зареєстровано одночасне існування в кристалі повздовжнього та поперечного ТПЕ.

Практична цінність роботи полягає в виявленій принциповій можливості практичного використання всіх ацентрячних кристалів для створення нових піроелектричних приймачів випромінювання, що , в свою чергу, дозволяє створити ряд нових приймачів випро- • мінювання з покращеними основними технічними характеристиками. Більи того, на основі проведених досліджень властивостей ТПЕ створений новий клас пристроїв - багатофункціональні приймачі випромінювання, від чого якісно розширилось коло завдань, цо розв"язуються за допомогою приймачів випромінювання.

Положення, ко виносяться на захист

1. Розподіл величини третинноі компоненти поляризаціі по об'єму кристалу має знакозмінний характер, при цьому середнє значення третинноі компоненти поляризаціі кристалу дорівнює нулю.

2. Методика вимірювання поперечної компоненти ТПЕ в прозо-

рих кристалах, створена на використанні випромінювання з довжиною хвилі, що «знаходиться в області сильного поглинання кристалу ло об'єму. .

3. Інерційні властивості ТПЕ, залежні від характеру поглинання падаючого випромінювання, в випадку поверхневого поглинання визначаються тепловими, пружними та геометричними харак-

- З -

теристиками кристалу, при цьому межа рівномірної частотної характеристики з боку низьких частот визначається дифузійною постійною часу кристалу, а з боку високих частот - значеннш частоти перлої гаі*іоніки електромеханічного резонансу кристалу.

4. ПрОСТОрОЬИЙ розподіл поперечної третинної компоненти по-лнризаціі в кішсталах класу 3 т характеризується восоким ступенем неоднорідності і визначається видом і взаємною орієнтацією крістелографічних зрізів, використовуваних в якості опромінювано і грані і і (¿іні , на якііс реєструється є^.ект.

5. Конструкції принципово нових приіікачів випромінювання, працюючих на основі третинного піроелектричного ефекту, призначені для внмірюзаннн енвргетичішх і часових параметрів потужних лазерів.

Особистій і* внесок автора полягає в розробці методик ішміцо-вань, отриманні оригинальних експерим« нтальних результатів та їл інтерпретації, а такон,спільно з співавторами, в розробці конструктивах вузлів нових піроелектричних приймачів випромінювання. Положення, що відносяться до теорії ТЛЕ, отрімані співавторами дисертації.

Апг.обаїітя роботи. Основні результати роботи і висновки дисертації апробовані на слідуючих конференціях і семітках: XI Всесоюзной конференции по физике сегнетоэлектриков (Черновцы, 1986); ХШ Конференции по физике сегнетоэлектриков (Тверь,1092); Ні Всесоюзной конференции "Актуальные проблеми получения к применения сегнето- и пироэлектрических матеріалов и их роль в уско-реіши научно-технического прогресса (Москва,1987); ІУ Всесоюзної конференции "Актуальнее проблемы получения н применения сегнето-иьезо-, пироэлектриков и родственных им материалов (Москва,1991]

ІУ Всесоюзном семинаре по тепловым пріешикаи излучеїшя (Москва, І0и-1); УІ Всесоюзном семинаре по тепловим приемникам излучения (Москва,1988); УП Всесоюзном семинаре по тепловым приелгаїкаи излучеїшя (Москва, 1990); Семинаре1 по тепловым приемникам излучение (Москва,1992); Российской национальной конференции "Лазерные те) нологни-93)"(Іііатура,І993).

По темі дисертації опубліковано 25 робіт, одержано 8 авторських свідоцтв на винахід.

Осі"єу. і структура дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, бібліографії з 68 на!

менувань і додатку. Вона■містить 137 сторінок машинописного тексту та 50_ малшків.

Зміст роботи •

У Вступі дано обгрунтування актуальності тема і вибору об"ектів дослідженій, визначена мета робота, показана її наукова новизна і практична цінність, а тако* викладені основні положення, що викосяться ка захист, і описана загальна структура робота.

В петому розділі даний короткий огляд основних робіт, присвячених ефектам виникнення поляризації в механічно вільних кристалах і визначено місце, зайняте серед них ТПЕ. В цьому'я розділі приведена теорія ТІШ, розроблена Косоротовим В.Ф. та Щед-ріноп Л.В., а також експериментальні результати дослідження закономірностей розподілу поляризації по товадні вільного ацеггг-ричного кристалу і вплив на нього граничних умов. При побудові теорії ТПЕ розглядається механізм появи пруитх неоднорідних деформацій та ііапруг в механічно вільному ацентрачному крпета-лі, що виникають в наслідок його нагрівання імпульсним випромі-пшанням з довжино» хвилі, яка лежить в області поглинання кристалу (випадок І, де /і - коефіцієнт поглинання, / - товщд-ка кристалу). П"єзоелектрична поляризація, обумовлена цими напругами, і с ТПЕ.

Пря побудові теорії вважалось, що вплив зворотнього п'єзоелектричного офекту малий і, отже, його кожна було но враховувати. Також вважається, що одна з граней кристалу, виготовленого в формі паралелопіпеда, опромінюється рівномірно імпульсами випромінювання, тривалість {Ті ) котра* відповідна умовам:

І/у « Ті« Сг/а * Дєї V- швидкість звуку в кристалі, О -коефіцієнт температуропровідності.

Використання введених наближень дозволяло встановити розподіл величини трзтинноі компоненти поляризації зздовк товщини кристалу. Цей розподіл характеризуються наявністю трьох областей поляризації, в кожній з яких знак третинної компоненти поляризації пбстійний. При цьону середня по об”выу величина третинної компоненти поляризації дорівпюз нулю. Поверхні зміни знаку поляризації (нейтральні поверхні) розтасовуються на відстані ,/« <П(//е/4 ) і 2/3і від опромінювано! грені. Зважаючи на те, що товщина області поляризації, яка прилягає до оп-

ромінюваної грані, мала («0,1 ш), а величина третинної компонента поляризації по порядку величніш співпадає з відповідними величинами в інших областях, в подальшому розгляді, в кристалі будуть виділятись тільки дві області поляризації. Першу, що займає 2/3 І об"єму кристалу і прилягає до опромінюваної грані, будемо називати "гарячою" областю, а другу - "холодною".

Вимірювання, проведені при опромінюванні У-зрізу LіЛ'І>P¡ імпульсним випромінюванням від С02-лазера показали, що в напрямі 0Х3 в "гарячій" та "холоднії!" областях генеруються різнопо-лярні сигнали. Сигнал в "гарячій" області генерується за рахунок первинного, вторинного та третинного піроелектричних ефектів, а в "холодній" - тільки за рахунок ТЛЕ. Виходячи з цього було встановлено, що внесок поперечного ТІІЕ в загальний піроелектричний сигнал, що зншається з "гарячої" області, вЦМОі становить 20 % . Теоретично оцінка величини цього вкладу становить 22 %, що знаходиться в хорошій відповідності з експериментальними результатами. Аналогічні вимірювання, проведені на кристалах TIC, легованих L -^-аланіном, показали, що в цих кристалах внесок ТПЕ в загальний піроелектричний сигнал "гарячої" області становить 21 % .

Вимірювання розподілу третинної поляризації по товщині проводилось на кристалах l¡ N6 0¡ кубічної <|ор.ш з орієнтацією ХУ (перша буква показує тип зрізу опромінюваної грані, а друга

- тип зрізу граней , на яких розташовані електроди). Розташування системи електродів на У-гракі дало можливість виділити в чистому вигляді третинну компоненту поляризації, тому що в напрямі OXg первинний і вторинний піроелектричні ефекти з симет-рійних міркувань заборонені. З одержаних результатів виходить, що площина розподілу міх "гарячою" та "холодною" областями поляризації знаходиться від опромінюваної грані ь:а відстані 0,58-t. В цой же час теорія для цього випадку передбачає величину

0,66 І . Ця різниця між теорією і експериментом пояснюється викоіистанням в експерименті зріазків у вигляді "товстої" пластинки, в той час як теорія побудована для випадку використання тонкої пластинки. Але, приймаючи до уваги, що відмінність мала (но більше 12 % від теоретичної оцінки), можна вважати заміну допустимо» І, отже, констатувати практично повне співпадання окспернментальних результатів з теоретичними розрахунками.

Па монокристалах ТГС і вивчався вплив граничних умов на ве-

личішу внеску ТПЕ в загальний піроелектричний сигнал, а такоя на розподіл поляризації вздовк товщини кристалу. Вимірювання проводилось при слідуючих граничних умовах: І) вільний кристал; 2) повніста затиснута тильна грань; 3) повністю затиснута тильна грань та частково, на товщину "холодної" області вільного кристалу, бокові грані . Встановлено, що затискування тильної грані зменшує, в порівнянні з вільним кристалом, внесок ТІІЕ в спільний піроелектричний сигнал з 21 % до 6 %. тобто більш нія в три рази. Злію гранячи х умов приводить такоя до зміни розподілу поляризації вздов~ -говщини кристалу. Це найбільш явно проявилось в зсуві точки зміни знаку поляризації в бік тильної грані. Так, в першому випадку, ця точка знаходилась ка відстані 0,60 Z від опромінюваної грані, в другому -

0,64 і , а в третьому - 0,88 і . При цьому, збільшення ступеня затиснення кристалу одночасно приводить до зменшення величини третинної компоненти поляризації в тильній частині крясталу та зменшення загальної поляризації в області, що прилягає до опромінюваної грані.

В другому розділі пріводяться результати досліджень інерційних властивостей ТПЕ в сєндвічних системах, а також розглянуті питання, зв"язанї з розподілом третинної компоненти поля- . ризації вздовж різних крвсталофізкчгаїх напрямків в кристалах, що належать до класу 3т.

Виділення "холодної", та "гарячої" областей полярізації дозволяє розглядати кристал як складений з двох незалежних шарів, кожний з яких визначеним способом механічно взаємодіє з деяким тілом, що розташоване по другий бік нейтральної поверхні. Такий підхід дозволяє перенести результати досліджень ТПЕ, отримані для монокристалів, на більш складні двохпарові системи. Для цього досить забезпечити незмінність місцезнаходження пойтра-льної поверхні по відношенню до сиру монокристалу, що залишається.

Інерційні властивості ТПЕ в "холодній" області крясталу досліджувались в сендвічпій структурі типу "діелектрик-сегното-електрик" (опромінювана скляна пластинка товщиною І мм -пластинка товщиною І мм виготовлена з LiN&0і , орієнтація П).

Ця структура опромінювалась імпульсами з параметрами-: Я =10,6 мкм, Ті = 150 нс,£ = 70 !/Лд. Така методика дозволяла отримувати піроелектричний відгук системи, зумовлений ТПЕ, з

іювною гарантією відсутності маскуючого впливу будь-яких ефектів, що мають іншу природу. Проведені вимірювання вганші, що початок піроелектричного відгуку сендвічної структури відстає на 400 не відносно моменту падіння на неі' імпульсу випроміню-ьшшя. Аналіз пружішх властивостей та геометричних розмірів з врахуванням виміряного часу затримки показує, що інерційні властивості И1Е в "холодній" області кристалу визначаються відношенням товщини "гарячо!" області кристалу до швидкості звуку в НІЙ ке. .

Використання сеидвічних структур "сегнстселектріш-сегнетоелектрик", складених з одного К того ж матеріалу, дозволяв збільшити коло явищ, що спостерігаються в сегнетоелектриках. Так, використання структури, складеної з двох тонких дисків, виконаних з i -зрізів L: N1 0$ , на які попередньо були нанесені електроди, дозволило вперше зареєструвати повздовгній ТПЕ, що не спостерігається в суцільних монокристалах при умові рівномірного по площі їх опромінення. В цій же структурі з"являє-ться можливість зареєструвати згинні коливання, що виникають в вільній пластинці, виконаній з ацентрічиого кристалу. Показано, що на амплітудно-частотній характеристиці з"являються резонанси, викликані резонансами згенішх коливань всієї пластинки.

Ці резонанси і обменують область рівномірної частотної характеристики ТПЕ з боку високих частот.

Для вивчення розподілу третинної компоненти поляризації вздовж різних кристалографічних напрямків використовувались кристали иШ03, що піддавались локальному нагріву. Кристали мали форму паралелепіпеду розміром 8,0x8,5x9,0 ш3 • й0~ кові площини якого булл відносно перпендикулярні до кристалографічних напрямків OXj, 0Х2 та 0Х3. Роздільні електроди покривали "холодну" та "гарячу" області кристалу. З проведених вимірювань випливає, що розподіл третинної компоненти поляріза-ції б кристалах з симетрією Зщ ь-ло складішй знакозмінний характер. При цьому спостерігалася такі закономірності:

- для всіх орієнтацій (2У, ХУ, IX, УХ), в котрих ТІШ спостерігається в напрямку перпендикулярному особливій полярній осі, розподіли поляризації в "холодній" та "гарячій" областях однієї й тієї х орієнтації, тотоені по формі і протилежні по знаку;

- для орієнтації! XZ та УІ, в котрих ТПЕ споотерігаеться в

напрямку вдовя особливої полярної осі, характерна поява постійно! складової поляризації в "гарячій" області, зумовленої проявом первинного та вторинного піроелектричних, ефектів;

- для п"яти з шести можливих орієнтацій характерна незмінність виду розподілу третинної компононти поляризації від координати падіння зондуючого променя вдовж напряму, паралельного площині сигнальних електродів (виняток - орієнтація llJ)\

- орієнтація ХУ є єдиною, у якій неоднорідність розподілу третинної компоненти поляризації в центральній частині кристалу слабо виражена, і в цілому не носить знакозмінний характер.

Аналіз проведених вимірювань дозволяз зробити висновок,що для монокристалів з симетрією Зт розподіл третинної компоненти поляризації, на відміну від первинної та вторинної компонент, визначається видом та взаємною орієнтацією зрізів, які використовуються в якості опромінюваної грані та грані, на якій спостерігається ефект.

Тпетій розділ присвячений вивченню особливостей виникнення та прояву ТПЕ в прозорих (()</*&<• І) кристалах. В цьому випадку неоднорідні механічні напруга, що .викликають появу ТПЕ, виникають в разі нерівномірного опромінювання фронтальної поверхні кристалу за рахунок затиснення холодною частиною кристалу ділянки цього ж крсталу, що нагрівається. Зокрема розглянуто випадок, коли зразок у формі диску (циліндру) опромінюється вісесиметричігам пучком випрсмінювання, причому, вісь пучка співпадає з віссю зразка. '

ііля поперечного ТГ1Е встановлені кристалографічні класи і типи нормальних зрізів, в яких і:сзливо його спостеревення. Це і -зрізи класів 3п», 32, 6, У-зрізи класів 32, 6, 4 та Х-зрізи класів 6, 4. В загальному випадку вид розподілу електростатичного потенціалу V (і/ ), викликаного ТПЕ на боковій .поверхні диску, визначається трьома параметрами: кристалографічним класом кристалу, типом його зрізу та величинами п"єзомодулів.

Проте для Z -зрізів класів Зт та 32, У-зрізів класів 32 іа 6, а також для Х-зрізу класу 6 вид розподілу електростатичного потенціалу V. (у) не залежить від значень п"езокодулів конкретного кристалу. В цих випадках поведінка кутової залежностіVfifi визначається тільки значенням величини полярного^ кута У { описуються виразами двох типів: Sintf(4cos tf-{) та \Z-(if)"

'~sin if-cos tf. - 9 -

Для вимірювання немрачного ТІїЕ в прозорих кристалах була розроблена нова високочутлива методика, що базується на еїекті поперечного екранування поляризації з використанням амплітудно- • модульованого ( fMeB < °/к^ випроміїїдааннл з довитою хвилі,що лежить в області поглинання (кристалу. Кутова залежність поперечного ТНЕ досліджувалася на зразках, що мали форму диску, на які було нанесено 25 електродів. З них 24 - сигнальних, були нанесені на бокову поверхню диску з кутовим інтервалом в 15°, а спільгаїй - по центру тильної основи диску. Причому його діаметр був значно більшім ніж товщина даску.

Експериментальні дослідження поперечного ТЛЕ проводились на Z -зрізах кристалів Li0 0\ та £; £?г , а такок У-зрізі SiOz .

Всі використані зразки мали форму дисків діаметром 22 мм і з товщиною 0,2 мм. Показано, що вZ-зрізах liN&Oi та SiOz поведінка кутової залежності електростатичного потенціалу описується виразом Vіi1/7), а в У-зрізі St - виразом V-(y’). '

Вивчення повздочжного ТЛЕ проводилось на монокристалах ¿¡NltOiiZ -зріз). Показано, що в Ъ -зрізах кристалів кристалографічного класу 3 m для рюгістрації повздовкного ТПЕ необхідно наносити два конгруентні електроди, виконані у вигляді кілець, що покривають неопромінювану частину кристалу. Проведені вимірювання показали, що при зміні частоти модуляції падаючого випромінювання в діапазоні 20+200 Гц сигнал, що спостерігається, не змінює свого значення. Це свідчить про третинну пріроду піроелектричного сигналу, бо для первинної та вторинної компонент піроелектричного ефекту при даній конфігурації ' електродів та схема опромінювання в загальному випадку , характерна падаюча частотна залежність сигналу. Більш того, у випадку, що розглядається, з врахуванням розмірів пучка випромінювання та електродів, первинна та вторинна компоненти не можуть давати внесок в сигнал, що спостерігається. .

В четвертому розділі приведені результати розробок нових конструкцій піроелектричних приймачів випромінювання, в основу роботи яких покладений ТПЕ. '

Робота приймача випромінювання поперечного типу грунтується на використанні піроелектричного сигналу, генерованого в "холодній" області кристалу. Перевага такого приймача перед приймачами, працюючими на первинному та вторинному піроелектричних ефектах, полягав в тому, що в ньому область генерації

електричного сигналу не збігається з областю, що зазнає нагрівання. Це приводить до підвищення верхньої межі динамічного діапазону по потужності, тому що нелінійні піроелектричні та діелектричні явища, що звичайно обмекують ії, в "холодній" області не розвиваються. Виміряні основні технічні характеристики такого приймача, виконаного на основі ХУ-орієнтації кристалу UN& Оі . при цьому експериментально показано, що область лінійності частотної характеристики визначається нерівностями: 20 аО.ІІГ/Є .

Використання характерної для ТПЕ властивості - поділу кристалу на дві області ("холодну" та "гарячу") - дозволило створити багатофункціональний приймач, за допомогою якого можливо одночасно і незалежно один від другого робити вимірювання енергії та потужності падаючого на приймач імпульсу випромінювання. Це досягається шляхом підключення "гарячої" області до узгоджу-вального каскаду, працюючого в режимі вимірювання потужності, а "холодної” - в режимі інтегрування, тобто вимірювання енергії. Виміряні основні технічні характеристики цього приймача, виконаного на основі ХУ - орієнтації кристалу ¿¡МЙ 0j .

Па основі сЬндвічної основи "діелектрик-согнетоелектрик" створений двохшаропий приймач випромінювання. Переваги такого приймача перед приймачем випромінювання поперечного типу полягає в тому, що в ньому немає ніяких обмежень на тип матеріалу, з якого виготовлена опромінювана частина ("гаряча" область) приймача. Така відсутність обмежень дозволяє різко розшчрити можливості приймача як з боку його спектральних характеристик, так і з точки зору променевої міцності. Проблема кріплення приймача розв'язується шляхом розташування опорної мембрани між шарами визначеної товщини. Одержано критерій вибору товщини шарів. Виготовлено два варіанти приймачів. Перший варіант: плавлений кварц - мембрана з фторопласту-З-ТГС, призначений для вимірювання потужності випромінювання коротких імпульсів. Другий варіант: плавлений кварц-мідна мембрана- LiN&Oi, призначений для регістрації потужного випромінювання.

Для випромінювання параметрів потужних ІЧ-потоків випромінювання в різних точках оптичних систем сформульовані загальні принципи створення приймачів випромінювання прохідного типу, працюючих на основі ТПЕ. Використання такого приймача в оптичній схемі приладу рівноцінне використанню тонкої прозорої плос-

коггаралельної пластинки, що практично не вносить викривлень в оптичну схему досліджуваного або контрольного пристрою. Один з можливих варіантів прохідного приГімача був реалізований на основі У-зрізу кварцу. Виміряні основні технічні характеристики цього приіімача.

Основні результати та висновки

1. Показано, що ТПЕ проявляється в механічно вільному ацен-тричному кристалі в випадку виникнення неоднорідних температурних напружень, які за рахунок п"озоелектрячного ефекту приводять до появи піроелектричного відгуку. Для ТПЕ характерне одночасне існування в об"ємі кристалу декількох областей поляризації, що відрізняються між собою знаком поляризації, при цьому середня по об"єму величина поляризації рівна нулю.

2. Вперше проведена реєстрація ТПЕ при опроміненні кристалу імпульсом (/< (ОГ)І/2«і) випромінювання. Виміряно розподіл відносної величини третинної компоненти поляризації по товщині кристалів ит 0% та ТГС. Встановлено, що внесок ТПЕ в загальній піроелектричний сигнал в кристалах Міможе досягати

20 % , а в ТГС - 21 %.

3. На прикладі експериментально показано, що в се-

гнетоелектриках ТПЕ характеризується рядом принципових особливостей, не властивих для первинного та вторинного піроелектричних ефектів. Це, по-перше, можливість спостереження ТПЕ як вздовж особливої полярної осі, так і в напрямку .перпендикулярному їй, і , по-друге, залежність розподілу поляризації вздовж різних крпсталофізичних напрямків не тільки від типу граней, на котрих спостерігається ефект, а Я від типу грані, що піддасться опромінюванню.

4. Експериментальна показано, що для випадку двохварової системи достатньою вимогою реєстрації ТПЕ є виконання "холодної" частини системи з певним обрезом орієнтованого ацентричного крісталу. При цьому, інерційні властивості ТПЕ в "холодній* області кристалу визначаються відношенням товщини "гарячої” області крісталу до швидкості звуку в вій.

5. В 2 -зрізі ііШОі зареєстровано наявність повздовжньої третинної компонента поляризації і показано, що на амплітудно-частотній характеристиці з"являгться резонанси піроструму, викликані резонансами згинних коливань вільної пластинки.

6. Запропонована нова високочутлива методика вимірювання

поперечного ТІШ в прозорих кристалах, яка базується на ефекті поперечного екранування поляризації з використанням амплітудно-модульованого ( / НОд^а/к?г) випромінювання з довжиною хвилі, що лежить в області поглинання (JiH» І) кристалу.

7. В прозорих кристалах для поноречного ТПЕ визначені кристалографічні класи на їх нормальні зрізи, в котрих вид розподілу потенціалу не залежить від конкретних значень п"єзомоду-лей кристалу і описується двома видами кутових залежностей: V-~£iri^.(4 cos2if> -і) та IНа прикладі Z -зрізів Ь N&Oz та £:02 виміряні кутові залежності потенціалу типу Vі, а на прикладі У-зрізу Si 0г - типу Vs.

В, Вперше запропоновано ряд конструкцій піроелектричних приймачів випромінювання, працюючих на основі ТІІЕ. Використання нових приймачів дозволило:

- значно збільшити верхню межу динамічного діапазону приймачів випромінюваній та розширити їх робочий спектральний діапазоц (приймачі випромінювання поперечного типу, двохшарові та прохідні);

- окремо підбирати матеріали для грані, що опромінюється та для області генерації сигналу, що збільшує можливості варіювання робочого спектрального діапазону приймача та його променевої стійкості (двохаїаровий приймач випромінювання);

- створеїшй новий клас приймачів випромінювання, що мають можливість проводити комплексні вимірювання параметрів імпульсного випромінювання (багатофункціональний приймач поперечного типу).

Основні результати дисертації, викладені в наступних працях:

1. Косоротов Б.;*., Кременчугский Л.С., Леваш Л.Б., Щедрина Л.В. Исследование пироэлектрического эффекта в условиях температурного градиента // Физика твердого тела. - 1984. - Т.26,

№ 3, - С.6Б8-Ь50.

2. Косоротов Ь.К, Кременчугский Л.С., Леваш Л.В., Щедрина Л.В. Третичний пироэлектрический эффект // Препринт Л 9, ИФ АН УССР, Киев: - 1984, 27с.

3. Kosorotov V.F., Kremenchugskl;} L.S., Levash L.V., Shchedrina

L.V. Tertiary Pyroelectric Effect in Lithium Uiobate and Lithium fanfcalate C’ryatals//Ferroelectrica - 1986, V.70, № 1-2,-P. 27-37. •

4. Косоротов Б.*., Кременчугский Л.С., Легаш Л.В., Кодеина Л.В. Пироэлектрический э^ект сегнетоэлектрических кристаллов в направлениях, перпендикулярных особенной полярной оси // Известия АН СССР, серЛизическая - 1987, Т.51, Ji 12 . -C.22&J-2238.

5. Косоротсв Леваи Ji.d., Щедрина Л.В. Исследование пиро-

электрического приемника излучения в режиме неоднородного температурного нагрева // Сб.Тепловые приемники излучения,-84. - Л.: Кзд.ГОИ. 1983. - С.67.

6. Вакуленко O.ii., Голояииская Л.С., Леваш Л.В. и др. Оптические свойстеа двухслойных систем: никель-хромовая плонка-кио-бат лития // Нурнал Прикладная спектроскопия - 1989, T.5I;

К I. - C.I4C-I43. '

7. Вакуленко О.Ь., Елфимов О.В., Леваш Л.В. и др. Спектральная

чувствительность пироэлектрических приемников излучения // Известия вузов, физика - 1990, - вып.З. - С.106-108. '

8. Косоротов Б.0., Леваш Л.В., Щедрина Л.В. Исследование третичного пироэлектрического эй1екта // XI Всесоюзная конференция по физике сегнетоэлектриков: Тезисы докладов. Черновцы, 1986, Т.2. - С.226-227.

9. Косоротов В.Ф., Леваш Л.В., Щедрина Л.В. Использование неполярных срезов сегкетоэлектрических кристаллов для создания пироэлектрических приемников излучения // В сб. Сегнето- и пьезоэлектрики в ускорении научно-технического прогресса. -

. - М. ШИТЛ, 1987. - С.132-135.

Ю.Косоротов Б.Ф., Кременчугский Л.С., Леваш Л.В. и др. Пироэлектрический приемник излучения поперечного типа. Авторское свидетельство И I3244I2.

11. Косоротов В.Ф., Кременчугский Л.С., Леваш Л.В., Щедрина Л.В. Динамический третичный пироэлектрический эффект и его инерционные свойства // РАН. Неорганические материалы. - 1992,

- 28, № 9. - С.1981-1987.

12. Косоротов В.0., Кременчугский Л.С., Леваш Л.В., Щедрина Л.В. Инерционные свойства приемников излучения на третичном пироэлектрическом эффекте // тезисы докладов 1У Всесоюзной конференции "Актуальные проблемы получения и применения сегнето-, пьезо-, пироэлектриков и родственных им материалов"

М.: МДНТП, 1991. - С.5

13. Косоротов В.Ф., Кременчугский Л.С., Леваш Л.В., Иедртна Л.В. Резонансные свойства пьезоэлектрического приемника излучения // В сб. Тепловые приемники излучения-92. Л.: ГОИ,

1992. - С.60-61.

14. Косоротов В.Ф., Лева ¡и Л.В., Щедрина Л.В. Инерционные свойства пироэлектрического эффекта в многослойных системах // Тезисы докладов ХШ Конференции По физике сегнетоэлектриков.

- Тверь: ТГУ, 1992. - Т.2 , С.15.

15. Косоротов В.Ф., Кременчугский Л.С., Леваш Л.В., Щедрина Л.В. Пироэлектрическое приемное устройство. Авторское свидетельство а 1542203.

16. Кременчугский Л.С., Леваш Л.Б., Самойлов В.Б. Координатночувствительный пироэлектрический приемник излучения. Авторское свидетельство № I009I80.

17. Елфимов О.В., Кременчугский Л.С., Леваш Л.В. Координатный пироэлектрический приемник излучения на основе эффекта поперечной экранировки спонтанной поляризации // в сб. Тепловые приемники излучения-84, - Л.: ГОИ, 1983. - С.65

18. Елфимов О.В., Кременчугский Л.С., Леваш Л.В., Самойлов В.Б. Координатный пироэлектрический приемник излучения проходящего типа. Авторское свидетельство Я II95779.

19. Косоротов В.Ф., Кременчугский Л.С., Леваш Л.В., Щедрина Л.В. Пироэлектрический приемник поперечного типа. Авто|)ско0 свидетельство № II85960.

20. Косоротов В.Ф., Кременчугский Л.С., Леваш Л.В., Щедрина Л.В.

// в сб. Тепловые приемники излучения-68. - Л.: ГОН, 1988.-

С.7В-79. .

21. Косоротов B.i/., Кременчугский Л.С., Леваш Л.В., Щедрина Л.В. Пьезоэлектрический приемник излучения // В сб.Тепловые приемники излучения-88, - Л.: ГОИ,- 1988. - С.87-88.

22. Елфимов О.В., Кременчугский Л.С., Леваш Л.В., Скляренко С.К. Координатно-чувствительный приемник излучения. Авторское свидетельство № 807770.

23. Косоротов В.Ф., Кременчугский Л.С., Леваш Л.В., Щедрша Л.В. Приемник интенсивного излучения. Авторское свидетельство

№ 1473491.

24. Бродин К'.С., Косоротов В.Ф., Леваш Л.В. и др. Проходной преемник излучения. Авторское свидетельство W 1568685.

Kosorotcv V.F., Kremeachugskij L.S., Levssh L.V., Shchedrina I>.V. Some Specific Features in the Behaviour of Itynamic Pyroelectric Effect under Temperature Gradient Conditiono // Ferroelectrics - 1991| V.118. - P. 233-240.

ЛЕВАШ ЛЕОНІД ВАСИЛЬОВИЧ ТРЕТИННИЙ ПІРОЕЛЕКТРИЧНІЙ БІ-ЕКТ В АЦЕГНТРИЧШ КРИСТАЛАХ

Підписано до друку 05.94. Формат паперу 60x64/16. Папір офсетний 72 гр/м2. Офсетний друк. Ум.-друк. листів £О . Об.-вид.листів 0,77 > Тираж 100. Зак.3^

Безкоштовно.

Інститут фізики НАН України, ВНТІ. 252650, Київ-22, ДСП, проспект Науки,46.