Нелинейный монокристаллический материал

Нелинейный монокристаллический материал, содержащий серебро, галлий и селен, отличающийся тем, что, с целью увеличения двупреломления и снижения коэффициента поглощения в области спектрального пропускания, он дополнительно содержит германий в количестве, удовлетворяющем химической формуле Ag_xGa_xGe_1-x Se₂, где 0,167 x 0,37.

Изобретение может быть использовано для преобразования излучения дальней инфракрасной области спектра, а также в параметрических квантовых генераторах, средствах связи, обработке информации.

В литературе известны нелинейные материалы, служащие для создания преобразователей дальнего инфракрасного излучения (Никогосян Д.Б. Кристаллы для нелинейной оптики /справочный обзор/. Квантовая электроника, 4, №1, 5-27, 1977).

К ним относятся AgGaS ₂, AgGaSe₂, Ag₃AsS₃, GaSe и частично другие.

Коэффициент полезного действия (КПД) таких преобразователей излучения возрастает с увеличением коэффициента нелинейности. Так соединения с селеном обладают большим коэффициентом нелинейности по сравнению с сульфидами. Например, отношение соответствующих коэффициентов тензоров нелинейной восприимчивости AgGaSe ₂ и AgGаS₂ составляет:

при длине волны 10,6 мкм. Однако малое двупреломление AgGaSe₂ ограничивает область фазового согласования частот соответствующих процессов.

Наиболее близким к заявляемому материалу является монокристаллический материал AgGaSe₂ , (G.D.Boyd, U.Kasper and J.U.Mс Fee JЕЕЕ Journal of Quantum Electronic 1971, vol-QE, 7, №12, 563-573). Диапазон прозрачности AgGaSe₂ 0,71-18 мкм, порог поверхностного повреждения составляет 2 мВт/см для излучения с длиной волны 10,6 мкм и длительностью импульса 200 нс.

у AgGаSe₂ из-за малого двупреломления ограничена область фазового согласования. Для ее увеличения необходим материал с большим двупреломлением. Низкий коэффициент пропускания в видимой области не позволяет использовать монокристаллы AgGaSe₂ как преобразователи дальнего инфракрасного излучения с области 18 мкм в видимую область или ближнюю инфракрасную область, в которой чувствительны фотопреобразователи.

Целью изобретения является увеличение двупреломления и снижения коэффициента поглощения в области спектра пропускания.

Для достижения указанной цели в состав AgGаSe₂ согласно изобретению дополнительно вводят cеленид германия (GеSe₂). Состав материала должен соответствовать химической формуле AgGaGe_xSe _2(1+x), где 1,7 x 5. Монокристаллы выращивают методом Бриджмека-Стокбаргера.

Примеры конкретного выполнения:

Для получения монокристаллического материала состава AgGaGе_хSe_2(1+x), где х=1,75; х=2; х=3; х=4; х=5, подготавливают смеси ингредиентов, содержащие (в вес.%) для:

Cмесь ингредиентов загружают в кварцевую ампулу и запаивают под давлением 10-3 мм рт.ст. Вещество в ампуле синтезируют медленным повышением температуры в течение 1-1,5 суток до появления полного расплава. Просинтезированные составы AgGaGe_1,75S _5,5, AgGaGe₂S₆, AgGaGe₃ S₈, AgGaGe₄S₁₀ и AgGaGe ₅S₁₂ помещают в вертикальную печь для роста.

Выращивание монокристаллов производят методом Бриджмена-Стокбаргера. Регулирование температуры в печи осуществляют с точностью ±0,5°С. Рост кристаллов проводят со скоростью 14 мм/сутки. После роста образцы отжигают при температуре 650°С в течение 30 дней. Характеристики выращенных монокристаллов приведены в таблице 2. Рентгеноструктурные исследования показали, что выращенные кристаллы относятся к ромбической сингонии, имеют точечную группу симметрии mm 2, пространственную группу - Fdd2.

Монокристаллический материал на основе серебра, галлия, германия и селена обладает большим коэффициентом нелинейности, малым коэффициентом поглощения и большим по сравнению с АgGaSe₂ значением двупреломления, что существенно расширит диапазон фазового согласования. В то же время кристаллы AgGaGe_xSe_2(1+x), где 1,75 х 5, являются двуосными, что дополнительно увеличит возможность выбора оптимальных углов фазового согласования (соответственно в плоскостях ХОУ, ХOZ, YOZ). Тогда как у AgGaSe₂ существует только одно значение угла разового согласования для выбранных процессов.

Таблица 2.
ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЫРАЩЕННЫХ МОНОКРИСТАЛЛОВ
Химическая формула соединения	Температура плавления (°С)	Плотность (г/см 3)	Параметры решетки (Å)	Показатели преломления ( =1,064 мкм)	Оптическая ширина запрещ. зоны (ev)	Диапазон прозрачности (мкм)	Стойкость к излучению (мВт/см2)	Коэффициент нелинейности (см/дин1/2)
AgGaGe1,75Se 5,5	715	5,44	a=7,02; b=12,57; c=23,99.	n1=2,6259; n 2=2,6024; n3=2,5173.	1,8	0,58-14	30	8,2·10-8
AgGaGe2Se 6	717	5,40	a=7,07; b=12,20; c=23,88.	n1=2,6093; n 2=2,5074; n3=2,4984.	1,7	0,60-14,5	30	8,2·10-8
AgGaGe3Se 8	718	5,30	a=7,12; b=12,41; c=23,80.	n1=2,5893; n 2=2,4586; n3=2,4579.	1,6	0,65-15	30	8,2·10-8
AgGaGe4Se 10	715	5,24	a=7,19; b=12,37; c=23,72.	n1=2,5841; n 2=2,5773; n3=2,4374.	1,5	0,70-15	30	8,2·10-8
AgGaGe5Se 12	713	5,19	a=7,26; b=12,32; c=23,64.	n1=2,5803; n 2=2,5683; n3=2,4215.	1,4	0,72-15	30	8,2·10-8

Изобретение относится к области физики твердого тела и может быть использовано для преобразования излучения дальней инфракрасной области спектра, а также в параметрических квантовых генераторах, средствах связи, обработке информации. Сущность изобретения: нелинейный монокристаллический материал содержит серебро, галлий, селен и германий в соответствии с химической формулой Ag _xGa_xGe_1-xS₂, где 0,167 х 0,37. Полученный материал обладает большим коэффициентом нелинейности, малым коэффициентом поглощения в области спектрального пропускания и большим по сравнению, например с AgGaS₂, значением двупреломления. 2 табл.