14.574.21.0113
Задачами исследования являются экспериментальное определение условий роста монокристаллов парателлурита из расплава способом Чохральского, при которых возможно получение образцов с размерами и концентрациями структурных и оптических дефектов, позволяющими изготовить СЗП с рекордными для АОДЛ характеристиками; разработка технологии присоединения пьезопреобразователей на основе кристаллов ниобата лития к СЗП из парателлурита с рекордными размерами; разработка методов синтеза согласующих цепей и алгоритмов расчета элементов в цепи управления АОДЛ фемтосекундных лазеров; изготовление и испытание АОДЛ на основе крупногабаритных монокристаллов парателлурита в составе сверхмощной фемтосекундной лазерной системы.
Новизна характеризует следующие направления исследования. Впервые с помощью существенно модернизированного способа Чохральского выращены уникальные по размерам кристаллы парателлурита диаметром до 95 мм и высотой до 50 мм. При этом достигнуты рекордные на сегодня показатели структурного и оптического качества кристаллов - чрезвычайно малая плотность дислокаций, малые вариации показателей преломления, высокие коэффициенты пропускания света и малые показатели поглощения света для испытуемой длины волны излучения фемтосекундного лазера на титан-сапфире, сверхмалая концентрация примесей, высокий оптический поляризационный контраст и аномальная двуосность, не превышающая 18 угловых минут. Впервые изготовлены АОДЛ с рекордными характеристиками - спектральной полосой обработки 200 нм, дифракционной эффективностью не менее 80%, спектральным разрешением в одночастотном режиме 0,2 нм, максимальной оптической задержкой 24 пс и максимальным оптическим джиттером 20 мкс.
При проведении исследования использованы следующие методы измерения параметров и характеристик монокристаллов парателлурита: методы рентгеноструктурного и микрорентгеноспектрального анализа, метод лазерной коноскопии, интерференционная профилометрия, атомно-силовая микроскопия, растровая электронная микроскопия, оптическая Фурье-спектроскопия.
При исследованиях, связанных с оптимизацией условий роста кристаллов парателлурита из расплава способом Чохральского, помимо традиционных методов термометрии (использование термопар и пирометров), впервые использован новый метод, основанный на компьютерной обработке цифровых цветных видеоизображений поверхности расплава.
Впервые исследована гидродинамика расплава диоксида теллура в тиглях диаметром 150 мм при выращивании кристаллов диаметром до 95 мм. Рассчитаны гидродинамические критерии подобия (Грасгофа, Рейнольдса, Прандтля, Бонда, Фруда, Марангони) и их диапазоны, при которых фронт кристаллизации имеет минимальную кривизну и приближается к плоскости, соответствующей выходу особой сингулярной грани. Достигнуты рекордно минимальные концентрации таких структурных дефектов в парателлурите, как дислокации, двойники, малоугловые границы.
Разработана уникальная технология химико-механической полировки граней СЗП из кристаллов, обеспечивающая снижение шероховатости поверхностей с 40-50 нм до 20-30 нм, что позволило снизить порог лазерного разрушения монокристаллов на 20%.
Разработана теория расчета всех основных параметров взаимодействия падающего на СЗП пучка лазерного излучения - индикатрис пропускания и диффузного отражения, показателей поглощения, коэффициентов пропускания, тепловых потерь. На основе теории разработана и успешно протестирована компьютерная программа, с помощью которой оптимизирована технология выращивания кристаллов парателлурита.
Разработана новая теория коноскопических картин одноосных кристаллов. Получены уравнения, позволяющие по искажениям теоретической формы изохром в экспериментальных картинах определить с рекордной чувствительностью вариации показателей преломления обыкновенного и необыкновенного лучей.
Разработаны и обоснованы экспериментальные и методические подходы для определения параметров структурного и оптического качества кристаллов парателлурита.
Разработана и обоснована концепция изготовления опытной акустооптической дисперсионной линии задержки на основе парателлурита.
Разработаны модель и методы расчета траектории фотонов из пучка фотонов с гауссовым распределением интенсивности по сечению пучка, падающего на кристалл с известными параметрами шероховатости обеих полированных поверхностей и известными показателями преломления, а также известными концентрациями основных структурных дефектов (примесей, дислокаций).
Разработаны модель и методы расчета влияния выделения тепла в СЗП из парателлурита на характеристики акустооптического взаимодействия при прохождении через АОДЛ сверхмощных фемтосекундных лазерных импульсов.
Разработаны математическая модель и методы расчета вариаций показателей преломления и связанных с ними остаточных механических напряжений с помощью компьютерного анализа цифровых изображений коноскопических картин кристаллов парателлурита с искажениями теоретической формы изохром.
Разработан феноменологического метод синтеза согласующих цепей на основе формализма диаграммы Смита и математического алгоритма расчета согласующих LC-элементов в цепи управления АОДЛ в фемтосекундной лазерной системе.
Разработана технология присоединения пьезопреобразователя из ниобата лития к светозвукопроводу АОДЛ методом интердиффузии атомов в химически активных слоях индия-золота.
Разработаны программы и методики исследований оптических и структурных характеристик экспериментальных образцов крупногабаритных кристаллов парателлурита методами рентгеноструктурного анализа, микрорентгеновского анализа, растровой электронной микроскопии, атомно-силовой микроскопии, интерференционной профилометрии, коноскопии, Фурье-спектроскопии.
Разработана схемотехника системы управления акустооптической дисперсионной линии задержки.
Выращены крупногабаритные кристаллы парателлурита со специальными легирующими добавками, обеспечившими снижение оптических потерь в материале.
Изготовлена и испытана АОДЛ с СЗП на основе монокристалла парателлурита с заданными характеристиками.
Внедрение разработанной ростовой технологии позволит полностью осуществить в РФ импортозамещение в области кристаллов парателлурита и элементов из них.