Застосування монокристала напівпровідникового твердого розчину селеніду галію-індію (ga0.3in0.7)2se3 як матеріалу для акустооптичного модулятора лазерного випромінювання

Застосування монокристала напівпровідникового твердого розчину селеніду галію-індію (Gа0.3In0.7)2Sе3 як матеріалу для акустооптичного модулятора оптичного випромінювання. Винахід відноситься до оптичного приладобудування, зокрема до акустооптичних пристроїв для передачі та перетворення інформації в оптичних системах і може знайти застосування у різних промислових виробництвах, що потребують модуляцію оптичного випромінювання з метою регулювання промислових процесів, особливо у вибухово-, вогнета радіаційно-небезпечних середовищах. Матеріали для акустооптичних пристроїв повинні мати високий коефіцієнт акустооптичної якості та низьке акустичне поглинання. Дуже важливим при виборі матеріалу є технологічна простота отримання масивних об'ємних монокристалів високої оптичної якості. Крім того, матеріал повинен бути механічно, хімічно та температурно стабільним і не змінювати свої параметри випромінювання. Відоме вивчення структури кристалів системи Ga2Se3-In2Se3 методом дифракції рентгенівських променів [1]. Однак вказані кристали використовують тільки в якості напівпровідників. Завдання винаходу полягає у розширенні області застосування монокристалу напівпровідникового твердого розчину селеніду галію-індію (Ga0,3,ln0,7)2Se3. Поставлене завдання досягається таким чином, що застосовують монокристал напівпровідникового твердого розчину селеніду галію-індію (Ga0,3,ln0,7)2Se3 [1] як матеріал для акустооптичного модулятора оптичного випромінювання. Монокристал (Ga0,3ln0,7)2Se3 при кімнатній температурі та довжині хвилі 0,6328мкм має значення коефіцієнта акустооптичної якості М2 рівне 445 10-15с3кг-1 при поширенні поздовжньої акустичної хвилі вздовж напрямку [100], а світлової хвилі вздовж напрямку [100]. Коефіцієнт М2 вимірювався за допомогою методу Діксона-Коена [2] на орієнтованих зразках, виготовлених у формі куба зі сторонами довжиною 7-8мм; відносна похибка стано (19) UA (11) 77305 (13) C2 (21) 20041210331 (22) 15.12.2004 (24) 15.11.2006 (46) 15.11.2006, Бюл. № 11, 2006 р. (72) Студеняк Ігор Петрович, Краньчец Младен , HR, Феделеш Василь Іванович (73) УЖГОРОДСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ (56) Popovic S., Celustka В., Ruzic-Toros Z., Broz D. X-ray diffraction study and semiconducting properties of the system Ga2Se3-ln2Se3.// Phys. Sol. Stat., 1977.-Vol.41.- P.255-262 Dixon R.W., Cohen M.G. A new technique for measuring magnitudes of photoelastic tensor and its applications to lithium niobate // J. Appl. Lett. - 1966. Vol.68, №6. - P.205-206. 3 77305 4 вила менш, ніж 5%. Значення коефіцієнта М2 моПоздовжні акустичні хвилі збуджувалися в напрямнокристала (Ga0,3ln0,7)2Se3 перевищує значення ку [100], тоді як світло спрямовувалося вздовж цього коефіцієнта для застосовуваних в ІЧ-області оптичної осі кристала (див. вставку на Фіг.). Модутаких матеріалів як GaAs та Ge, значення М2 яких лятор, принцип дії якого ґрунтується на амплітудній модуляції, працює в перехідній області між складає відповідно 104 10-15с3кг-1 [ ] та -15 3 -1 режимами дифракції Рамана-Ната та Брегга. Ши174 10 с кг [ ]. рина і висота акустичного пучка становили відпоКрім низького акустичного загасання (коефіцівідно L=7 10-3м та H=1.1 10-3м, а потужність акусєнт поглинання звукових хвиль для всіх досліджутичної хвилі Ρ=2Вт. Ширина акустичного пучка ваних кристалографічних напрямків не перевищує підбиралася так, щоб при тій же ефективності ди0.5-0.8дБ см-1 на робочій частоті 100МГц), кристафракції використовувалась менша потужність акули (Ga0,3ln0,7)2Se3 характеризуються низьким оптистичної хвилі при більших значеннях L. Цетральна чним поглинанням та високою прозорістю у широробоча частота f0 становила 80МГц, а робочий кому спектральному інтервалі від 0.6 до 16мкм. температурний інтервал 200-330К. Модулятор має Коефіцієнт оптичного поглинання в цьому спектвисоку дифракційну ефективність η та відносно ральному інтервалі менший, ніж 0.1см-1. Більше короткий час відгуку дифрагованого оптичного того, опромінювання монокристала (Ga0,3ln0,7)2Se3 пучка I1 на проходження прямокутного імпульсу. загальною дозою 5 1016см-2 електронів з енергією Застосування монокристала напівпровіднико8МеВ не впливає на спектри поглинання. вого твердого розчину (Ga0,3ln0,7)2Se3 у ролі активТаким чином, даний матеріал володіє рядом ного елемента акустооптичного модулятора лазепараметрів, які дозволяють використовувати його рного випромінювання у пристроях для передачі у ролі активних елементів акустооптичних модулята перетворення інформації в оптичних системах торів лазерного випромінювання. Перевага над дозволяє покращити характеристики акустооптичпрототипом полягає у значному розширенні спектного модулятора як за рахунок високого значення ральної області його застосування при високому коефіцієнта акустооптичної якості, так і за рахунок значенні коефіцієнта акустооптичної якості, низьке суттєвого розширення спектрального інтервалу акустичне загасання та висока радіаційна стійкість. для акустооптичної модуляції, що перекриває Приклад. ближню та середню ІЧ-області спектру. Для одержання 10г речовини (Ga0,3ln0,7)2Se3 Використання монокристала напівпровідникобрали 0.9519г Ga, 3.6579 г In та 5.3902 Se і загрувого твердого розчину селеніду галію-індію жали у вакуумовану кварцеву ампулу довжиною (Ga0,3ln0,7)2Se3 У ролі матеріалу для акустооптич160 мм та діаметром 20мм, в якій потім проводили ного модулятора лазерного випромінювання дає синтез з використанням таких температурних реможливість застосовувати його в різних промисложимів: а) протягом 1 год проводили нагрівання до вих виробництвах, що потребують модуляцію оптемператури 823К і витримували при цій температичного випромінювання з метою регулювання турі протягом 1 дня з метою уникнення розтріскупромислових процесів, особливо у вибухово-, вогвання ампули; б) швидко нагрівали (з швидкістю не- та радіаційно-небезпечних середовищах. 50К/год) до температури 1270К, витримували проПланується використання монокристала напітягом 1год. при цій температурі та охолоджували впровідникового твердого розчину селеніду галіюдо кімнатної температури при виключеній печі. індію (Ga0,3ln0,7)2Se3 в лабораторіях УжНУ при виОтриманий полікристалічний матеріал розтирався конанні фундаментальних досліджень нових напіу грубий порошок і проводилося вирощування мовпровідникових матеріалів. нокристалів даної сполуки методом Бріджмена. Із ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ: одержаних монокристалів виготовляють куби зі 1. Popovic S., Celustka В., Ruzic-Toros Z., Broz сторонами довжиною 7-8мм, які далі шліфують та D. X-ray diffraction study and semiconducting полірують з усіх сторін на пасті ГОІ. Виготовлений properties of the system Ga2Se3-In2Se3.// Phys. Stat. таким чином куб 2 використовується у ролі активSol. (a). -1977. - Vol.41. - P.255-262. ного елемента акустооптичного модулятора лазе2. Dixon R.W., Cohen M.G. A new technique for рного випромінювання, блок-схема експериментаmeasuring magnitudes of photoelastic tensor and its льної установки для випробування якого наведена applications to lithium niobate // J. Appl. Lett. - 1966. на Фіг. Пучок монохроматичного світла інтенсивніVol.68, №6. - P.205-206. стю І0 від лазера 1 падає на світлозвукопровід 2 із 3. Warner A W., Pinow D. A. Miniature селеніду галію-індію (Ga0,3ln0,7)2Se3 під кутом Брегacoustooptic modulators for optical communications // га до фронту звукової хвилі. Керуючий сигнал на IEEE J. Quantum Electron. - 1973. - Vol. QE-9. п'єзоперетворювач 3 (LiNbO3 Υ-36° зрізу) подаєтьP.1155-1157. ся від високочастотного генератора 4, який моду4. Feldman Α., Waksler R. M., Horovitz D. люється імпульсним генератором 5. Для точного Photoelastic constants of germanium // J. Appl. Phys. визначення частоти ультразвукових хвиль викори- 1978. - Vol.49. - P.2589-2590. стовується частотомір 6. Дифрагований пучок світла І1 реєструвався фотоелектронним помножувачем 7, сигнал з якого потрапляв на осцилограф 8. 5 Комп’ютерна верстка Т. Чепелева 77305 6 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601