П’єзоелектричні та електрооптичні характеристики кристалів лангаситу і ніобату літію для пристроїв керування лазерним випромінюванням

Abstract

The thesis is devoted to estimation of efficiency of the langasite and lithium niobate crystals as workings components for optoelectronic devices for controlling laser radiation, as well as to improvement of their piezoelectric and electrooptical characteristics, using the studies of spatial anisotropy of the corresponding properties. A technology for checking quality of surfaces of the investigated crystal samples is tested. A polarization-optical device for determination of electro-optical coefficients with higher sensitivity and wider measuring range is built and tested. A technology for estimating and improving operating characteristics of piezoelectric and electro-optical devices is developed basing on the studies of spatial anisotropy of the corresponding effects in their crystalline materials. The crystals of LiNbO3:MgO and La3Ga5SiO14 are revealed to repre-sent promising piezoelectric and electro-optical materials. The corresponding maximal coefficients are found, and the recommendations concerning efficient utilization of these mate-rials are given. Competitive programming algorithms and computer software packages are developed for construction of the indicative surfaces. Диссертация посвящена оценке эффективности использования кристаллов лангасита и группы ниобата лития как рабочих элементов оптоэлектронных устройств управления лазерным излучением и улучшению их пьезоэлектрических и электрооптических характеристик путем изучения пространственной анизотропии соответствующих свойств кристаллов. Апробирована технология контроля параллельности и оптического качества поверхностей образцов исследованных кристаллов. Реализовано на практике и апробировано поляризационно-оптическое устройство для определения электрооптических коэффициентов на основе измерения полуволновых напряжений, обладающее высшей чувствительностью и более широким диапазоном измерений. Разработана технология изучения пространственной анизотропии индуцированных внешними полями эффектов в кристаллах для произвольных геометрий эксперимента, которая может стать основой для оценки и улучшения эксплуатационных характеристик пьезоэлектрических и электрооптических устройств. На основе решения уравнений Кристоффеля для акустических волн в кристал-лах лангасита с учетом пьезоэлектрических добавок получены рабочие соотношения для определения пьезоэлектрических коэффициентов и коэффициентов упругой жесткости этих кристаллов. Экспериментально измерены скорости распространения акустических волн в кристаллах лангасита и рассчитаны все коэффициенты упругой жесткости и пьезоэлектрические коэффициенты. Установлено, что кристаллы LiNbO3:MgO и La3Ga5SiO14 являются перспективными пьезоэлектрическими и электрооптическими материалами, найдены соответствующие максимальные коэффициенты, а также даны рекомендации относительно более эффективного использования этих материалов. Разработаны алгоритмы и пакеты компьютерных программ для построения указательных поверхностей, сравнение которых с известными программами (например, программой WinTensor) показывает их конкурентоспособность. Установлены закономерности анизотропии пьезоэлектрического и электрооптического эффектов в исследованных материалах, определены оптимальные экспериментальные геометрии, обеспечивающие наиболее эффективное использование этих материалов в технологии изготовления рабочих элементов пьезоэлектрических преобразователей и электрооптических ячеек. Экспериментально измеренные параметры лабораторного макета электрооптического модулятора на основе кристаллов LiNbO3:MgO с оптимизированной геометрией электрооптических взаимодействий хорошо согласуются с теоретически рассчитанными величинами, что подтверждает высокую эффективность использованной технологии улучшения электрооптических характеристик кристаллических материалов для устройств управления лазерным из-лучением. Дисертація присвячена оцінці ефективності використання кристалів лангаситу і групи ніобату літію як робочих елементів оптоелектронних пристроїв керування лазерним випромінюванням і покращенню їхніх п’єзоелектричних і електрооптичних характеристик шляхом вивчення просторової анізотропії відповідних властивостей. Апробовано технологію контролю якості поверхонь досліджуваних кристалів. Практично реалізовано і апробовано поляризаційно-оптичний пристрій для визначення електрооптичних коефіцієнтів з вищою чутливістю і ширшим діапазоном ви-мірювань. Розроблено технологію оцінки та покращення експлуатаційних характеристик п’єзоелектричних і електрооптичних пристроїв на основі вивчення анізотропії відповідних ефектів у їхніх кристалічних матеріалах. Встановлено, що кристали LiNbO3:MgO і La3Ga5SiO14 є перспективними п’єзоелектричними та електрооптичними матеріалами, знайдено відповідні максимальні коефіцієнти і подано рекомендації стосовно більш ефективного їх використання. Розроблено конкурентноздатні алгоритми і пакети комп’ютерних програм для побудови вказівних поверхонь.