Трехслойная спекл-структура в фоторефрактивном

УДК 535(06)+004(06)
А.В. СЮЙ, Е.А. АНТОНЫЧЕВА, Н.В. СИДОРОВ1, А.Ю. ГАПОНОВ
Дальневосточный государственный университет путей сообщения, Хабаровск
1
Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского
научного центра РАН, Апатиты
ТРЕХСЛОЙНАЯ СПЕКЛ-СТРУКТУРА
В ФОТОРЕФРАКТИВНОМ МОНОКРИСТАЛЛЕ
НИОБАТА ЛИТИЯ
Рассмотрена спекл-структура рассеянного излучения при прохождении когерентного излучения через
фоторефрактивный кристалл ниобата лития. Предложена трехслойная модель рассеянного излучения.
В работе исследованы характеристики спекл-структур (индикатрисы рассеяния, распределение спеклполей
и
интенсивностей)
для
конгруэнтных
кристаллов
ниобата
лития,
легированных
“нефоторефрактивными” катионами, отличающихся низким эффектом фоторефракции. Такие исследования
важны для создания материалов для преобразования частоты лазерного излучения и активных лазерных
сред.
При воздействии на кристалл ниобата лития лазерного излучения видимого диапазона в кристалле
(независимо от его состава) появляются флуктуирующие точки с флуктуируищим показателем преломления,
и на экране наблюдается появление спекл-структуры [1]. В первоначальный момент времени облучения
кристалла рассеяние света выглядит как единое центральное пятно в виде окружности. Скорость его
появления, определяется, очевидно, скоростью распространения лазерного излучения в кристалле. Но, в
первые же секунды облучения кристалла излучением лазера даже малой мощности (<30 мВт), на экране
появляется спекл-картина в виде зернистой структуры в центре с четко выраженным лазерным треком. Эта
спекл-структура имеет форму овала неправильной формы. С увеличением времени засветки спекл-структура
меняет свою форму, контраст и интенсивность, а также происходит увеличение угла раскрытия
индикатрисы рассеяния вследствие изменения показателя преломления. Форма индикатрисы рассеяния
зависит от структуры кристалла, от поляризации излучения и геометрии эксперимента. Причем, угол
раскрытия индикатрисы ФРРС достигает стационарного значения значительно быстрее при больших
мощностях накачки, чем при низких мощностях. Раскрытие индикатрисы ФРРС наблюдается в виде
«восьмерки», ориентированной вдоль полярной оси кристалла. При этом в положительном направлении
полярной оси кристалла наблюдается больший “лепесток”, а в отрицательном направлении – меньший. Оба
лепестка имеют четко выраженную спекл-структуру, размеры зерен которой, различаются в зависимости от
угла рассеяния света. При удалении от оси индикатрисы ФРРС зерна спекл-картины уменьшаются в
размерах. При этом центральное пятно трансформируется в овал и приблизительно за минуту облучения
монокристалла индикатриса ФРРС принимает форму симметрично расположенных “лепестков” с явно
выраженным центром. По контуру центральных лепестков появляется спекл-структура меньшей
интенсивности, состоящая из крупных, хаотически расположенных, зерен спекл-картины. Эта структура
составляет второй слой и, соответственно – вторую разновидность спеклов. Крайний по периметру слой
имеет зернистую спекл-структуру. Данный слой претерпевает значительные изменения по форме и углу
раскрытия индикатрисы, связанные с увеличением мощности и длительности пропускания лазерного
излучения через кристалл. Форма индикатрисы ФРРС принимает более четкую форму ассиметричной
восьмерки с выраженными границами слоев спеклов. В связи с тем, что индикатрисы ФРРС,
раскрывающаяся при облучении монокристалла лазерным излучением, не является единой, а имеет три
разновидности спеклов, которые расположены последовательно друг за другом, она получила название
трехслойной спекл-структуры.
Таким образом, в монокристалле ниобата лития имеет место поэтапное раскрытие трех слоев спеклструктуры. Центральнее пятно индикатрисы ФРРС появляется практически мгновенно. Далее раскрывается
второй слой, соответствующий ФРРС на статических дефектах, наведенных лазерным излучением [1] и
только затем – третий слой, соответствующий ФРРС на флуктуирующих дефектах, также наведенных
лазерным излучением. Вероятно, с повышением мощности возбуждающего излучения каждый слой спеклструктуры можно экспериментально наблюдать отдельно. При малых мощностях лазерного излучения
должно наблюдаться только центральное пятно. Повышение мощности приводит к появлению второго слоя
спекл-структуры. Третий слой спекл-структуры появляется при еще большем повышении мощности
лазерного излучения.
Работа выполнена в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на
2009-2013 годы по госконтрактам № 16.740.11.0317 и № 14.740.11.0698.
Список литературы
1. Максименко В.А., Сюй А.В., Карпец Ю.М. Фотоиндуцированные процессы в кристаллах ниобата
лития. М.: Физматлит, 2008. 96 с.