РАЗДЕЛ 2
АКУСТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КРИСТАЛЛОВ ZnSe
Теоретические [159] и экспериментальные [160] исследования гармонических упругих волн в ограниченной кристаллической среде показали, что в области длин волн , соизмеримых с наименьшим размером среды, происходит взаимодействие волн различных типов. При этом усложняется как спектр собственных частот колебаний, так и их форма. Наличие в кристаллическом объекте неоднородностей, характерный размер которых близок к , очевидно, служит дополнительной причиной усложнения характера упругих колебаний. Поэтому влияние неоднородностей на упругие волны в ограниченной среде будет наиболее отчетливым и однозначным лишь в низкочастотной области, соответствующей превышению над наименьшим размером кристалла. При исследовании собственных упругих колебаний в кристаллическом объекте существенную роль, как известно, играют не только его геометрические размеры, но и форма. Естественно предположить, что влияние формы на упругие волны будет наименее сложным в случае ее соответствия симметрии внутренних упругого и электрического полей кристаллического объекта. Осесимметричные поля температуры, механических напряжений, действовавшие на кристаллический слиток при его росте, предопределили ту же симметрию внутренних полей в исследованных кристаллах ZnSe. По этой причине образцам, используемым при исследовании собственных упругих колебаний, придали форму диска. Плоскость диска ориентировали перпендикулярно направлению роста слитка. Из простейших способов механического закрепления диска (в центре, по боковой поверхности и др.) в наших опытах использовали его свободное помещение между горизонтально ориентированными пластинами, игравшими роль электродов. При этом обеспечивалась хорошая воспроизводимость электрического контакта между пластинами и кристаллом. Последнее имеет важное значение с точки зрения эффективности применявшегося в опытах пьезоэлектрического способа возбуждения упругих колебаний в кристалле.
В предыдущем разделе отмечалось, что для выращенных из расплава в существенно неравновесных условиях кристаллов AIIBVI типичны упорядоченные совокупности двумерных дефектов структуры и иные неоднородности ростовой природы, породившие макроскопические области двойного лучепреломления. В свете вышеизложенного в настоящем разделе решались следующие задачи:
- исследовать закономерности спектра частот и оптико-поляризационных топограмм собственных упругих колебаний крупноблочных кристаллов ZnSe, выращенных в различных тепловых условиях;
- установить спектр частот и оптико-поляризационные топограммы основных собственных колебаний крупноблочных кристаллов ZnSe кубической модификации;
- исследовать пьезоэлектрические параметры и особенности собственных упругих колебаний слабо анизотропных поликристаллов ZnSe;
- установить возможность практического применения пьезоэлект-рических резонаторов из кристаллов селенида цинка, выращенных в особых условиях.
2.1. Спектр и оптико-поляризационные топограммы собственных упругих колебаний кристаллов, выращенных из расплава
Традиционно исследование спектра частот и формы собственных упругих колебаний пьезорезонаторов выполняют с целью достоверного определения мод колебаний, пригодных для тех или иных практических применений. При этом исходят из предположения об однородности материала резонатора. Вместе с тем хорошо известно, что даже такие широко употребляемые пьезокристаллы, как кварц или ниобат лития, в действительности содержат дефекты структуры и неоднородности различного типа. Это оставляет открытым вопрос о связи отдельных мод колебаний пьезорезонатора с дефектами его кристаллического строения, влияния дефектов структуры на параметры основной (рабочей) мод колебаний. Можно с уверенностью утверждать, что решение проблемы влияния дефектной структуры материала и связанной с ней реальной симметрии свойств на упругие колебания в кристаллических резонаторах представляет не только очевидный научный, но и значительный практический интерес. В качестве материала, управление дефектной структурой которого обеспечило новые области практического применения, укажем на пьезоэлектрическую керамику [161].
Кристаллы селенида цинка, как отмечалось, широко применяется в ла-зерной технике [162, 163], особенно ИК-диапазона, оптоэлектронике и ряде других областей. Этот материал перспективен для акустооптики, так как по величине показателя акустооптического качества
(2.1)
(где n - показатель преломления, - упругооптический коэффициент, - плотность и - скорость упругой волны) при дифракции на продольной волне он в 13 раз превосходит кварц и в 4,6 раза ниобат лития [164]. Естественно, что это и иные перспективные применения предполагают управление упругими колебаниями в кристаллах, одним из условий которого является исследование влияния дефектной структуры на колебания при акустическом резонансе.
2.1.1. Кристаллы, содержащие неоднородное поле остаточных упру-гих напряжений. Физико-химические закономерности выращивания из расплава кристаллов семейства AIIBVI [165, 166] предопределяют образование в них двумерных дефектов структуры: границ блочности, дефектов упаковки, полос скольжения, политипов. С этими и иными дефектами структуры связаны микро- и макрополя остаточных упругих напряжений. Представление о характере таких полей может быть получено из картины двойного лучепреломления в кристалле, полученной методом фото-упругости. На рисунках 2.1 и 2.2 приведены изображения дисков из ZnSe в поляризованном свете, полученные при скрещенных поляризаторе и анализаторе. Плоскости дисков ориентированы перпендикулярно направлению роста кристаллического слитка. Изображение, помещенное в правую часть рисунка, получено наложением на диск наборов компенсаторов Рэлея. При этом смещение нейтральной линии отдельного компенсатора, как известно, пропорционально локальному значению оптической разности хода обыкновенного и необыкновенного световых лучей в соответствующей области кристалла