СПОСОБ ОБРАБОТКИ МОНОКРИСТАЛЛОВ ЙОДАТА ЛИТИЯ Российский патент 1997 года по МПК C30B33/04 C30B29/22 

Изобретение относится к способам обработки элементов лазерной техники и нелинейной оптики и может быть использовано при изготовлении генераторов второй гармоники лазерного излучения на основе монокристаллов α - LiIO₃, а также в устройствах акустоэлектроники и акустооптики.

Наиболее близким к предлагаемому является способ обработки монокристаллов иодата лития (α - LiIO₃), заключающийся в их γ-облучении до поглощенной дозы 180-720 Гр и последующем облучении монокристаллов ультрафиолетовым светом (фотоотбеливание) в диапазоне длин волн 270 300 нм с интенсивностью 4 5 мВт/см² в течение 2,5 3 ч. Такая обработка монокристаллов a-LiIO₃ приводит к просветлению в УФ и видимом диапазонах спектра на всю глубину кристалла.

Однако они имеют недостаточно высокий коэффициент преобразования (η) излучения во вторую гармонику, т.к. получаемая величина η обусловлена только "залечиванием" структурных дефектов исходного монокристалла. Кроме того, использование для фотоотбеливания только УФ-области спектра требует большого времени облучения кристаллов светом после g-облучения.

Задачей изобретения является увеличение коэффициента преобразования, h, лазерного излучения во вторую гармонику в оптических элементах из монокристаллов a - LiIO₃ при одновременном сокращении длительности стадии фотоотбеливания.

Это позволит повысить качество генератора второй гармоники лазерного излучения и других элементов оптоэлектроники, изготавливаемых из данных монокристаллов.

Поставленная задача решается за счет того, что при обработке монокристаллов иодата лития путем γ-облучения и последующего облучения светом в диапазоне длин волн выше 270 нм с интенсивностью 5 мВт/см² согласно изобретению g-облучение ведут до поглощенной дозы 20 -25 кГр и облучение светом проводят в течение 150 мин, а также облучение светом ведут в диапазоне длин волн 270 700 нм.

При g -облучении монокристаллов a - LiIO₃ до поглощенной дозы 20 25 кГр появляются радиационно-наведенные дефекты с концентрацией до 2•10¹⁸ см^-3, локализованные вблизи структурных искажений (дислокации, границы блоков и т. п. ) кристаллической решетки кристалла. Последующее фотоотбеливание светом в спектральном диапазоне 270 700 нм в течение 150 мин вызывает трансформацию этих дефектов, в результате чего исчезают полосы наведенного поглощения в области 350 1200 нм. Стадия фотоотбеливания, в отличие от прототипа, является обязательным технологическим приемом для решения поставленной задачи изобретения. Расширение спектрального диапазона световой обработки до 700 нм позволяет эффективно отбеливать второй гармонике Nd³⁺-лазеров, в результате чего время фотоотбеливания значительно сокращается.

В то же время трансформированные дефекты вызывают деформацию кристаллической решетки α - LiIO₃ вследствие чего увеличивается анизотропия исходного материала. В результате этого изменяется показатель преломления кристалла для световых пучков со взаимно перпендикулярной поляризацией, что приводит к повышению коэффициента нелинейной восприимчивости, являющегося важнейшей, с точки зрения эффективности генерации второй гармоники, характеристикой кристалла. Следствием указанного является значительное увеличение η (до 2 раз), что приводит к соответствующему повышению энергии второй гармоники при постоянных параметрах лазерного излучения основной частоты, при одновременном сокращении времени фотоотбеливания в 5 раз.

При поглощенной дозе g-облучения менее 20 кГр максимальное значение h достигается только у единичных образцов. При поглощенной дозе 20 кГр максимальное значение h достигается у 80% оптических элементов из a - LiIO₃.

Увеличение поглощенной дозы свыше 25 кГр неэффективно, так как не приводит к росту η. Расширение спектрального диапазона света, используемого для фотоотбеливания, свыше 700 нм также нецелесообразно, так как не приводит к дальнейшему снижению времени стадии световой обработки.

Способ осуществляется следующим образом: оптический элемент из монокристалла a - LiIO₃ помещают в камеру установки PXM-γ-20 с изотопом ⁶⁰Со и облучают γ -квантами до поглощенной дозы 20 25 кГр. После этого оптический элемент подвергают фотообесцвечиванию светом в диапазоне длин волн 270 700 нм от лампы ДКСэЛ 1000 с интенсивностью 5 мВт/см² в течение 150 мин.

Контроль качества обработки проводят измерением энергий основной частоты и второй гармоники лазерного излучения с l = 1,06 мкм при плотности мощности 1,5 ГВт/см².

Пример осуществления способа.

а) Оптические элементы, изготовленные из монокристалла α - LiIO₃ выращенного методом изотермического испарения при температуре 315 К (pH 2,5), для использования в качестве генератора второй гармоники лазерного излучения λ = 1,06 мкм, в размерами 10х10х20 мм облучают в камере установки PXM-γ-20 излучением ⁶⁰Со (поглощенная доза 20 кГр). После облучения кристалл отбеливают светом лампы ДКСэЛ 1000 в диапазоне спектра 270 700 нм с интенсивностью 5 мВт/см² в течение 150 мин. Обработанный элемент устанавливают в положение углового синхронизма основной частоты и частоты второй гармоники лазерного излучения с λ = 1,06 мкм и определяют η при плотности мощности лазера 1,5 ГВт/см². При данной поглощенной дозе и режиме фотоотбеливания максимальное значение h достигается для 80% исследованных элементов.

б) Исходные параметры оптических элементов, используемой аппаратуры и режим фотоотбеливания такие же, как в примере а). Поглощенная доза g - излечения 25 кГр. Максимальное значение h достигается у 100% элементов.

В таблице приведены результаты определения h при указанных параметрах лазерного излучения на оптических элементах из a - LiIO₃ обработанных по технологическим приемам, указанным в примерах, но при различных дозах γ-излучения, спектральных диапазонах и времени фотоотбеливания.

Использование изобретения позволит обрабатывать монокристаллы a - LiIO₃ до стадии изготовления оптических элементов.

Предлагаемый способ обработки позволяет увеличить η для генераторов второй гармоники из a - LiIO₃ в 2 раза при снижении времени фотоотбеливания в 5 раз по сравнению с известным способом обработки [1]

Использование: в лазерной технике и нелинейной оптике при изготовлении генераторов второй гармоники лазерного излучения на основе монокристаллов иодата лития (α - LiIO₃), а также в устройствах электроники и оптики. Сущность изобретения: обработку монокристаллов α - LiIO₃ проводят путем γ-облучения до поглощенной дозы 20-25 кГр с последующим облучением светом интенсивностью 5 мВт/см² в течение 150 мин в диапазоне длин волн 270-700 нм. Изобретение позволяет увеличить коэффициент преобразования (η) лазерного излучения в оптических элементах из монокристаллов α - LiIO₃ и сократить длительность стадии их фотоотбеливания. 1 з.п.ф-лы, 1 табл.

1. Способ обработки монокристаллов йодата лития, включающий гамма-облучение и последующее облучение светом в диапазоне длин волн более 270 нм интенсивностью 5 мВт/см², отличающийся тем, что гамма-облучение ведут до поглощенной дозы 20 25 кГр, а облучение светом проводят в течение 150 мин. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что облучение светом ведут в диапазоне длин волн 270 700 нм.