Вісник Львівського університету. Серія фізична 57 (2020) с. 15-31
DOI: https://doi.org/10.30970/vph.57.2020.15

Фотопружний ефект у кристалах K2SO4 з домішкою міді

Р. Матвіїв, В. Стадник

Досліджено спектральні (300--700 нм) залежності показників заломлення ni та спектрально-баричні залежності двозаломлення \Deltani кристалів K2SO4 з домішками міді (1,7\% і 3,0\%) та розраховано їхні кристалооптичні параметри. Визначено величини комбінованих \pi0im і абсолютних \piim п’єзооптичних та пружнооптичних pim коефіцієнтів домішкових кристалів. Встановлено їхнє незначне зменшення, порівняно з чистим кристалом, що свідчить про збільшення механічної жорсткості домішкових кристалів. Розраховано коефіцієнт акустооптичної якості M2 і показано, що за величиною максимальних значень він є вищим ніж, у кристалах кварцу і борату стронцію. Надумано, враховуючи короткохвильову межу області прозорості кристалів сульфату калію ( 170 нм), використовувати їх для акустооптичної модуляції ультрафіолетового випромінювання.

Текст статті (pdf)

Список посилань
  1. Mytsyk B. Piezooptical coefficients of CaWO4 crystals / B. Mytsyk, Ya. Kost, N. Demyanyshyn, A. Andrushchak, I. Solskii // Crystallographiya. -- 2015. -- Vol. 60. -- P. 130--138. doi:10.1134/S1063774514050125.
  2. Buryy O. Method of extreme surfaces for optimizing geometry of acousto-optic interactions in crystalline materials: Example of LiNbO3 crystals / O. Buryy, A. Andrushchak, S. Ubizskii, D. Vynnyk, O. Yurkevych, A. Larchenko, K. Chaban, O. Gotra, O. Kushnir, A. Kityk // J. Applied Physics. -- 2013. -- Vol. 113. -- P. 083103(1--12). doi:10.1063/1.4792304.
  3. Mytsyk B. Static photoelasticity of gallium phosphide crystals / B. Mytsyk, A. Andrushchak, Ya. Kost’ // Crystallography Reports. -- 2012. -- Vol. 57. -- P. 124--130. doi:10.1134/S1063774512010075.
  4. Андрущак А. Просторова анізотропія фотопружного ефекту в кристалах кварцу / А. Андрущак, О. Юркевич, Н. Андрущак, О. Кушнір, А. Кітик // Електроніка та інформаційні технології. -- 2011. -- №. 1. -- С. 98--109.
  5. Аndrushchak A. Spatial anisotropy of the acousto-optical efficiency in lithium niobate crystals / A. Аndrushchak, E. Chernyhivsky, Z. Gotra, M. Kaidan, A. Kityk, N. Andrushchak, T. Maksymyuk, B. Mytsyk , W. Schranz // J. Applied Physics. -- 2010. -- Vol. 108. -- P. 103118(1--5). doi:10.1063/1.3510518.
  6. Mytsyk B. Piezooptical coefficients of La3Ga5SiO14 and CaWO4 crystals: A combined optical interferometry and polarization-optical study / B. Mytsyk, N. Demyanyshyn, A. Andrushchak, Ya. Kost’, O. Parasyuk, A. Kityk // Optical Material. -- 2010. -- Vol. 33. -- P. 26--30. doi:10.1016/j.optmat.2010.07.013.
  7. Mahmoud A. Low-temperature phase of BaTiO3: Piezoelectric, dielectric, elastic, and photoelastic properties from ab initio simulations / A. Mahmoud, A. Erba, Kh. El-Kelany, M. Rerat, R. Orlando // Phys. Rev. B. -- 2014. -- Vol. 89. -- P. 045103 (1--9). doi:10.1103/PhysRevB.89.045103.
  8. Erba A. Photoelasticity of crystals from theoretical simulations / A. Erba, R. Dovesi // Phys. Rev. B. -- 2013. -- Vol. 88. -- P. 045121. doi:10.1103/PhysRevB.88.045121.
  9. Mollaee M. IR-induced laser operated PbTe:Ca crystals / M. Mollaee, M. Roknabad, M. Razavi, M. Mollai // Optical and Quantum Electronics. -- 2013. -- Vol. 45. -- P. 919--924. doi:10.1007/s11082-013-9698-9.
  10. Xia S. Phase-Multiplied Photoelastic and Series Interferometer Arrangement for Full-Field Stress Measurement in Single Crystals / S. Xia, M. Mello // Experimental Mechanics. -- 2011. -- Vol. 51. -- P. 653--666. doi:10.1007/s11340-010-9448-x.
  11. Pfeiffer J. Measuring photoelastic coefficients with Schaefer–Bergmann diffraction / J. Pfeiffer, K. Wagner // Applied Optics. -- 2018. -- Vol. 57. -- P. C26--C35. doi:10.1134/S1063774514050125.
  12. Natali P. Theoretical and experimental evaluation of piezo-optic parameters and photoelastic constant in tetragonal PWO / P. Natali, L. Montalto, F. Davi, P. Mengucci, A. Ciriaco, N. Paone, D. Rinaldi // Applied Optics. -- 2018. -- Vol. 57. -- P. 730--737. doi:10.1364/AO.57.000730.
  13. Mytsyk B. Study of piezo-optic effect of calcium tungstate crystals by the conoscopic method / B. Mytsyk, Ya. Kost’, N. Demyanyshyn, V. Gaba, O. Sakharuk // Optical Materials. -- 2015. -- Vol. 39. -- P. 69--73. doi:10.1016/j.optmat.2014.10.066.
  14. Mytsyk B. Photoelasticity of ammonium sulfate crystals / B. Mytsyk, V. Stadnyk, N. Demyanyshyn, Ya. Kost, P. Shchepanskyi // Optical Materials. -- 2019. -- Vol. 88. -- P. 723--728. doi:10.1016/j.optmat.2018.12.005.
  15. Jonh A. Redetermination of the structures of potassium sulphate and potassium chromate: the effect of electrostatic crystal forces upon observed bond lengths / A. Jonh, M. McGinnety // Acta Cryst. B. -- 1972. -- Vol. 28. -- P. 2845--2852. doi:10.1107/S0567740872007022.
  16. Berg A. The space group and structure of \alpha-K2SO4 / A. Berg, F. Tuinstra // Acta Cryst. B. -- 1978. -- Vol. 34. -- P. 3177--3181. doi:10.1107/S0567740878010432.
  17. Miyake M. Phase transition of potassium sulfate, K2SO4 (III); thermodynamical and phenomenological study / M. Miyake, S. Iwai // Phys. Chem. Minerals. -- 1981. -- Vol. 7. -- P. 211--215. doi:10.1007/BF00311891.
  18. Arnold H. Longitudinal-acoustic soft mode in the phase transition of K2SO4 at 604\circС / H. Arnold, W. Kurtz // Ferroelectrics. -- 1980. -- Vol. 25. -- P. 557--560. doi:10.1080/00150198008207069.
  19. Stadnyk V. Photoelastic Properties of Potassium Sulfate Crystals / V. Stadnyk, R. Matviiv, P. Shchepanskii, M. Rudysh, Z. Kogut // Physics of the Solid State. -- 2019. -- Vol. 61. -- P. 2130--2133. doi:10.1134/S1063783419110374.
  20. Mytsyk B. Photoelasticity of ammonium sulfate crystals / B. Mytsyk, V. Stadnyk, N. Demyanyshyn, Ya. Kost, P. Shchepanskyi // Optical Materials. -- 2019. -- Vol. 88. -- P. 723--728. doi:10.1016/j.optmat.2018.12.005.
  21. Andriyevsky B. Simulation of elasto optical properties of K2SO4 crystals / B. Andriyevsky, M. Romanyuk, V. Stadnyk // J. of Physics and Chemistry of Solids. -- 2009. -- Vol. 70. -- P. 1109--1112. doi:10.1016/j.jpcs.2009.06.007.
  22. Radhakrishna S. Optical and electrical properties of some sulphates doped with cobalt / S. Radhakrishna, K. Pande // Phys. Chem. Sol. -- 1973. -- Vol. 34. -- P. 2037--2044. doi:10.1016/S0022-3697(73)80052-6.
  23. Абдусабиров Р. Электронный парамагнитный резонанс ионов Cu2+ в K2SO4 / Р. Абдусабиров, Ю. Грязнов, М. Зарипов // ФТТ. -- 1970. -- Т. 12. -- С. 657--659.
  24. Chowdari B. Electron Paramagnetic Resonance of Mn2+ in K2SO4 Single Crystal / B. Chowdari, P. Venkateswarlu // J. Chem. Phys. -- 1968. -- Vol. 48. -- P. 318--327. doi:10.1063/1.1667923.
  25. Stadnyk V. Refractive Parameters and Band Energy Structure of K2SO4 Crystals Doped with Copper / V. Stadnyk, R. Matviiv, M. Rudysh, R. Brezvin, P. Shchepanskyi, B. Andrievskii // J. Appl. Spectrosc. -- 2020. -- Vol. 87. -- P. 143--149. doi:10.1007/s10812-020-00975-7.
  26. Матвiїв Р. Структура та рефрактивні параметри домішкових кристалів K2SO4 / Р. Матвіїв, М. Рудиш, В. Стадник, Р. Брезвін, І. Матвіїшин, Л. Карплюк // Вiсник ЛНУ, серiя фiзична. -- 2018. -- Вип. 55. -- С. 50--61. doi:10.30970/vph.55.2018.50.
  27. Романюк М. О. Кристалооптика: навч. посіб. Львів : ЛНУ імені Івана Франка, 2017. 456с.
  28. Podsiadla D. Dilatometric and optical properties of (CH3)2NH2Ga(SO4)2\cdot6H2O crystals in paraelectric and ferroelectric phases / D. Podsiadla, Z. Czapla, B. Andriyevsky, O. Myshchyshyn // Phys. Status Solidi (B). -- 2001. -- Vol. 223. -- P. 729--736. doi:10.1002/1521-3951(200102)223:3<729::AID-PSSB729>3.0.CO;2-4.
  29. Нарасимхамурти Т. С. Фотоупругие и электрооптические свойства кристаллов. Москва : Мир, 1984. 684с.
  30. Stadnyk V. Optical and electronic parameters of RbNH4SO4 crystals / V. Stadnyk, M. Romanyuk, R. Brezvin // Ferroelectrics. -- 1997. -- Vol. 192. -- P. 203--207. doi:10.1080/001501997082161905.
  31. Александров К. С., Безносиков Б. В. Структурные фазовые переходы в кристаллах (семейства сульфата калия). Новосибирск : Наука, 1993. 286с.
  32. Александров К. С., Безносиков Б. В. Кристаллохимические закономерности изменения структур, родственных типу \alpha-K2SO4 [препринт]. Красноярск : АН СССР, сиб. отд., ин-т физики им. Л.В. Киренского, 1985. 44с.
  33. Stadnyk V. The baric changes of the refractive properties of K2SO4 crystals / V. Stadnyk, M. Romanjuk, O. Chyzh, V. Vachulovych // Condensed Matter Physics. -- 2007. -- Vol. 10. -- P. 45--50. doi:10.5488/CMP.10.1.45.
  34. Gaillac R. ELATE: an open-source online application for analysis and visualization of elastic tensors / R. Gaillac, P. Pullumbi, F.-X. Coudert // Journal of Physics: Condensed Matter. -- 2016. -- Vol. 28. -- P. 275201. doi:10.1088/0953-8984/28/27/275201.
  35. Винчелл А. Н., Винчелл Г. Оптические свойства искуственных минералов. Москва : Мир, 1967. 526с.
  36. Сиротин Ю. И., Шаскольская М. П. Основы кристаллофизики. Москва : Наука, 1979. 640с.
  37. Weber M. J. Handbook of optical materials. Boca Raton, London, New York, Washington : CRC PRESS, 2002. 536с.
  38. Шаскольская М. П. Акустические кристаллы. Москва : Наука, 1982. 632с.
  39. Андриевский Б. Поляризационно-оптические свойства кристаллов K2SO4 в области собственного поглощения / Б. Андриевский, В. Курляк, Н. Романюк // Изв. АН СССР, серия физическая. -- 1989. -- Т. 53. -- С. 1335--1338.