Главная  Развитие электрики 

[0] [ 1 ] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43]

ных кристаллах. В расчетах предполагалось, что внегание поля могут изменять значения диэлектрической £ или магнитной /i нроницаемостей, поскольку последние в нелинейных кристаллах можно представить как

е = е{Ео,Щ) и /j =/j {Eq, Щ), (B.l)

где Eq и Hq - соответственно статические электрическое и магнитное ноля. Если амплитуды электрической E{t) и магнитной H{t) компонент электромагпитпого поля, взаимодействуюгцего с периодической структурой, сугцествепно малы, чтобы изменять значения тензоров б и /i, т.е.

E{t)Eo и Я()«Яо, (В.2)

то такое взаимодействие можно рассматривать в линейной аппроксимации.

Итак, как показали теоретические расчеты [14], в линейном приближении для одномерной структуры приложение внеганих электрического или магнитного нолей вследствие условий (В.1) и (В.2) создает перестройку фотонного спектра. С ростом поля это может привести, в конечном итоге, к переключению между прозрачным и непрозрачным состояниями для распространения электромагнитной волны, причем конкретное состояние будет определяться попаданием фиксированной частоты электромагнитного поля в полосу пропускания или фотонную гцель.

Для более сложных двух- и трехмерных периодических структур будут возникать более разнообразные состояния. В частности, если фиксированная частота электромагнитного поля находилась первоначально в спектре фотонной гцели, то последовательное изменение фотонного спектра в двумерной периодической структуре, создаваемое внеганим полем, будет формироваться, по крайней мере, в двух характерных переходах, сопровождаюгцихся усложненной модификацией параметров распространяюгцейся через фотонный кристалл электромагнитной волны.

В качестве примера можно привести теоретический спектр запрегценпых и разрегаенпых зон для распространения электромагнитной волны через двумерную сверхрегаетку (рис. В.1), полученный на основе анализа динамических уравнений для скалярного потенциала [13].

Тем не менее, в последние десятилетия наибольгаее внимание в экспериментальных и теоретических работах было обрагцено па одномерные периодические структуры, образованные системами сегнетоэлектрических или магнитных доменов соответ-



ственно в сегнетоэлектрических или магнитных кристаллах [21]. С одной стороны, одномерные системы сравнительно легче, чем многомерные, поддаются математическому описанию посредством простых моделей, с другой стороны же, именно они нагали практическое применение.


Рис. В.1. Схематическое изображение взаимного расположения запрещенных и разрешенных зон в случае двумерной сверхрешетки при условии равных периодов в двух взаимно перпендикулярных направлениях (по обеим осям откладывается qiD = q2D = {uj/c)D). Заштрихованные прямоугольные и квадратные участки, в которых могут находиться точки (gi, 2), отвечают разрешенным частотам. Заштрихованные полосы соответствуют запрещенным зонам спектра двумерной квадратной сверхрешетки с периодом D

Поскольку нечетные тензоры, описывающие разнообразные физические свойства, для доменов с антипараллельной поляризацией имеют противоположные знаки, то нелинейные оптические, электрооптические, магнитооптические, магнитоупругие, пьезоэлектрические и пироэлектрические характеристики таких структур будут отличаться от характеристик моподоменпых образцов [22-25].

По-видимому, первым реальным применением доменных структур стало использование регаеток из цилиндрических магнитных доменов (ЦМД) в устройствах записи и обработки информации [26].

В последние тридцать лет в связи с развитием исследований по когерентной и нелинейной оптике гаирокое применение для генерации когерентного излучения, для модуляции, умножения частоты, сканирования и прерывания интепсивпости оптических пучков, а также в качестве оптических волноводов нагали различные оксидные сегнетоэлектрики. Паиболыаее раснростра-нение получили кристаллы, относящиеся к типам силленитов (Bii2(Si,Ti,Ge)02o), перовскитов (ВаТЮз, ЫТаОз), семейства



ниобатов (LiNbOa, KNbOa) [27, 28]. С другой стороны, в те же годы в ходе развития исследований но акустоэлектронике было обрагцено внимание на некоторые уже упомянутые выгае оксидные сегнетоэлектрики, обладаюгцие больгаим пьезоэффектом [29]. В первую очередь к ним относятся ВаТЮз, LiNbOa и ЫТаОз- Эти кристаллы и монокристаллические пленки нагали ninpoKoe применение в качестве пьезопреобразователей объемных и поверхностных акустических волн в гаироком частотном диапазоне.

Первые удачные эксперименты но частотному преобразованию лазерного излучения [30, 31], дифракции оптических пучков [32, 33], генерации и преобразованию акустических волн [34, 35] были выполнены па естественных доменных структурах. Однако использование ростовых доменных структур оказалось малоэффективным вследствие разброса их параметров, и поэтому до середины 1980-х годов в опто- и акустоэлектронике в основном применялись монодоменизиро-ванные материалы. Более того, было установлено, что ростовые доменные структуры приводят к дополнительному рассеянию оптических и акустических пучков, угаирению диапазона управляюгцего напряжения, необходимого для поворота фазы, изменению скорости ультразвуковых волн.

Перелом наступил во второй половине 1980-х годов, когда были разработаны и осугцествлены новые способы формирования достаточно совергаенных периодических доменных структур (ПДС) в ряде кислородооктаэдри-ческих сегнетоэлектриков (LiNbOa, ЫТаОз, КТЮР04, ВаТЮз и некоторых других подобных материалах) [36-41]. В сегнетоэлектриках ПДС образуют домены с поляризацией, инвертированной по отпогаению к первоначально

сугцествовавгаей однородной спонтанной поляризации, и домепы, сохраняюгцие направление спонтанной поляризации. Обычно формируется один из двух типов ПДС: с так называемой ориентацией доменов «голова к голове» (рис. В.2 а) и «голова к хвосту» (рис. В.2 б). В последние годы значительный

Рис. В.2. Доменные структуры: периодические типа «голова к хвосту» (а), «голова к голове» (б) л квазипериодическая структура (е)



[0] [ 1 ] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43]

0.0008