1,6 эВ

значения фотоиндуцированного изменения показателя преломления п не превышают 10~-10~, что соответствует значениям фотоиндуцированных полей ~ 10-10 В/см. Максимум в значениях п и Е наблюдается в диапазоне длин волн облучения 500-800 им, что объясняется фотовозбуждением близко расположенных ко дну зоны проводимости структурных центров [81]. Для ниобата

/ Зода проводимости/;

лития такими центрами являются ионы ниобия, заме-ш,аюш,ие ионы лития (Nbbi) (рис. 1.5). Ионы Nbt являются донорами для электронов, а ионы Nb -их акцепторами [82].

С увеличением обш,ей концентрации примесных ионов до 10-10° см-з и достижением соотношения между концентрациями донорных и акцепторных центров величины около 0,1-0,4 значения An резко возрастают на один-два порядка но сравнению

3,5 эВ

.

Валентная зона

Рис. 1.5. Схема энергетических уровней примесных и структурных центров в ниобате лития

С номинально чистыми образцами. Максимум значений An и Е смеш,ается в сторону более коротких (300-500 нм) длин волн облучения [82]. Так, для ниобата лития наиболее активными примесными ионами являются двух- и трехвалентные ионы железа, причем ионы Fe являются донорами для электронов, а ионы Fe+ - их акцепторами [78]. Соотношения концентраций ионов Fe+ и Fe+ можно изменять путем термического отжига [83]. Ири окислительном отжиге в диапазоне температур Т = 450-600 °С большинство попов железа переходит в трехвалентное состояние:

2Fe2+ + -О2 2Fe2+ - 2е + О" 2

2Fe+ + О-

(1.5)

Наоборот, восстановительный отжиг в вакууме или гелии при тех же температурах может создавать относительную концентрацию ионов Fe+ до 90%:

2Fe+ + О

2Fe+ + 2е + Оз 2Fe2+. (1.6)

При оптическом возбуждении осуществляется следующая фотохимическая реакция:

Fe2+Fe3++e, (1.7)

где / - частота; h - постоянная Планка.

Рекомбинационный процесс происходит в обратном порядке:

Fe++eFe2+. (1.8)

Максимальные значения An и для ниобата лития с общей концентрацией ионов железа порядка 10 см~ и отногаением концентрации ионов Fe к концентрации Fe порядка 0,2 составляют: An - 10--3-10- nEd 10-2-10 В/см [78, 82]. Эти значения были получены при облучении кристалла пучком аргонового лазера ( ~ 488 нм) с плотностью мощности 10 Вт/см. Следует отметить, что новыгаение концентрации ионов железа выгае 10 см~ приводит к значительному новыгаению оптического поглощения и возможности необратимого оптического пробоя. По-видимому, значения Е ~ 2-10 В/см являются предельными из-за возникновения внутреннего электрического пробоя.

Значения фотоиндуцированпых изменений показателя преломления и электрического ноля в отсутствие внеганих воздействий (резкое изменение температуры, повторное оптическое облучение) сохраняются практически постоянными в течение долгого времени (до многих часов и даже месяцев). В то же время наведенное оптическим облучением An может быть «стерто» последующим оптическим или рентгеновским облучением, а также нагреванием образца до 200-250 °С.

Вскоре после обнаружения в ряде сегнетоэлектриков оптически индуцированного изменения показателя преломления были созданы так называемые фоторефрактивные или, но-другому, голографические регаетки [78, 79]. Они формируются при облучении поверхности кристалла двумя интерферирующими оптическими пучками и состоят из чередующихся полос, отличающихся градиентами электрических полей и, вследствие электрооптического эффекта, градиентами показателя преломления. Фотоиндуцированные поля, особенно в кристаллах, содержащих примесные ионы с переменной валентностью, могут достигать значений до 210 В/см и создавать наведенные изменения показателя преломления до 10~. Однако голографические регаетки пока нагали ограниченное применение для преобразования оптических и акустических волн [79, 84] и записи информации в оптической или акустической форме [81, 85]. Главным их недостатком является уже упомянутая легкая стираемость

при повторном оптическом облучении или нагреве. Поэтому были разработаны способы фиксации регаеток и голограмм па их основе. Поскольку ири фиксации использовался режим оптического облучения в диапазоне температур 120-150 °С, а напряженность индуцированных нолей достигала значений 10-10 В/см, то в ряде экспериментов [86], по-видимому, были получены отдельные оптически индуцированные домены. Феноменологически образование инвертированных доменов объяснялось таким образом, что поле примесных ионов, созданное вследствие пространственного перемегцения фотовоз-бужденпых электронов, создает новую ориентацию полярных комплексов, приводягцую к локальной переполяризации ранее монодоменного образца. Па возникновение доменов указывалось и в работе [87], где одновременно с оптическим облучением кристаллов SrBaNb206 и ВаТЮз к последним прикладывалось электрическое поле, встречное нолю спонтанной поляризации. Только отсутствие падежных методик обнаружения доменов не позволило с высокой степенью достоверности подтвердить ранние экспериментальные факты.

Убедительные доказательства возникновения оптически возбужденных доменов и доменных структур в сегнетоэлектриках были получены значительно позднее [88-91]. Первые ПДС были получены в кристаллах титаната бария [89], которые облучались двумя интерферируюгцими лазерными пучками (с длиной волны А = 488 нм) с одновременным приложением поля с напряженностью ниже коэрцитивного поля. В результате была создана ПДС с размерами доменов порядка 20-25 мкм, соответствуюгцими периоду иптерференционпой оптической структуры. Размеры доменов и совергаепство полученной структуры были подтверждены уснеганой генерацией второй лазерной гармоники [92]. Подобным лазерноэлектрическим способом ПДС была сформирована в монокристалле 8го,25Вао,75Ь20б [90].

Процесс формирования инвертированных доменов может быть объяснен ири использовании модели компенсации ноля фотовозбужденных зарядов нолями доменных границ [91]. Во время фотовозбуждения заряды, локализованные на примесных или регаеточных ионах, дрейфуют в приложенном поле Е и рекомбинируют на других попах, создавая пространствепное зарядовое перераспределение (рис. 1.6)

Pd{E)= ро{Е) sin-, (1.9)

где Ро - плотность заряда, зависягцая от состояния ионов и напряженности приложенного поля; z - расстояние вдоль оси поляризации, D -период интерферепциопных полос.