鉿鏑雙摻雜鈮酸鋰晶體及其制備方法
【專利摘要】鉿鏑雙摻雜鈮酸鋰晶體及其制備方法，它涉及鉿鏑雙摻雜鈮酸鋰晶體及其制備方法。它要解決。產(chǎn)品：由Nb2O5、LiCO3、HfO2和Dy2O3制成。方法：一、混合四種原料；二、采用提拉法生長(zhǎng)晶體，得到多疇晶體；三、極化，得到極化后的晶體；四、切割、拋光，得到Hf:Dy:LiNbO3晶體。本發(fā)明制備的Hf:Dy:LiNbO3晶體光澤度高、成分均一、無(wú)瑕疵、無(wú)生長(zhǎng)條紋和無(wú)裂紋產(chǎn)生，抗光損傷性能較高，能夠做為激光晶體材料；本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單，便于操作，晶體生長(zhǎng)速度快；這種晶體材料可在制備緊湊型、激光二極管泵浦、全固態(tài)可調(diào)諧激光器應(yīng)用前景廣闊，此外對(duì)高密度存儲(chǔ)、制備集成光學(xué)器件、紅外探測(cè)也具有重要意義。
【專利說(shuō)明】
給銅雙慘雜能酸裡晶體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及給鋪雙滲雜妮酸裡晶體及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近些年，隨著光纖技術(shù)和集成光學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，妮酸裡晶體化iNb〇3)W其獨(dú) 特的優(yōu)良性能成為光波導(dǎo)材料中最具深入研究?jī)r(jià)值的晶體之一。尤其是將稀±發(fā)光滲雜， 周期極化和光波導(dǎo)相結(jié)合，能研制出更多優(yōu)良性能的固體激光器和頻率轉(zhuǎn)換器件等等。由 此，目前，稀±離子滲雜的妮酸裡晶體也越來(lái)越引起研究者們的密切關(guān)注。但妮酸裡晶體的 抗光損傷能力低于其他晶體，因此嚴(yán)重限制了其在實(shí)際生活生產(chǎn)中的應(yīng)用。
[0003] 目前，妮酸裡晶體不能做為激光晶體材料，而且存在抗光損傷性能較弱的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有妮酸裡晶體不能做為激光晶體材料和妮酸裡晶體抗 光損傷能力低的問(wèn)題，而提供給鋪雙滲雜妮酸裡晶體及其制備方法。
[000引給鋪雙滲雜妮酸裡晶體，它由Nb205、LiC03、Hf02和Dy203制成；其中所述LiC03中的 Li與抓205中的佩的摩爾比為0.946:1，07203的滲雜摩爾量占四種原料總摩爾量的0.5%，冊(cè)02 的滲雜摩爾量占四種原料總摩爾量的2%~8%。
[0006] 上述給鋪雙滲雜妮酸裡晶體的制備方法，按W下步驟進(jìn)行： 一、 混合:稱取四種原料，分別為抓2〇5、LiC〇3、冊(cè)化和Dy2〇3，然后混合均勻，得到混合料； 其中所述LiC〇3中的Li與抓2〇5中的Nb的摩爾比為0.946:l，Dy2〇3的滲雜摩爾量占四種原料總 摩爾量的0.5%，冊(cè)化的滲雜摩爾量占四種原料總摩爾量的2%~8%; 二、 采用提拉法生長(zhǎng)晶體:將步驟一中所得混合料放入Pt相鍋中，然后在710~74(TC下 燒結(jié)2~化，再升溫至1160~1180°C繼續(xù)燒結(jié)1~化，隨后冷卻至室溫，然后采用提拉法進(jìn)行晶 體生長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)引晶、縮頸、放肩、收肩、等徑生長(zhǎng)、拉脫和退火，得到多疇晶體;其中所述提拉 法的提拉速度為0.7~1.3mm/h，軸向溫度梯度為35~40°C/cm，旋轉(zhuǎn)速度為12~15r/min; Ξ、極化:將步驟二中所得多疇晶體置于溫度為1160~1210°C，電流密度為5mA/cm2的條 件下極化28~32min，得到極化后的晶體； 四、切割、拋光:將步驟Ξ中所得極化后的晶體進(jìn)行切割，然后對(duì)表面進(jìn)行光學(xué)質(zhì)量級(jí) 拋光，得到冊(cè):Dy: LiNb化晶體，即完成給鋪雙滲雜妮酸裡晶體的制備。
[0007] 本發(fā)明中滲雜稀±離子Dy3+主要體現(xiàn)在光纖通信方面的應(yīng)用，并利用妮酸裡晶體 優(yōu)良的非線性光學(xué)性能和電光性能，將其與發(fā)光特性相結(jié)合，可W研制出性能優(yōu)良的光集 成器件。而Hf4+的滲入則可W有效提升晶體的抗光損傷能力。
[000引本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)： 一、 本發(fā)明制備的Hf:Dy:Li師化晶體光澤度高、成分均一、無(wú)瑕疵、無(wú)生長(zhǎng)條紋和無(wú)裂 紋產(chǎn)生，抗光損傷性能較高，能夠做為激光晶體材料； 二、 本發(fā)明Hf:Dy:LiNb化晶體的制備方法簡(jiǎn)單，便于操作，晶體生長(zhǎng)速度快； Ξ、本發(fā)明制備的Hf: Dy: LiNb化晶體對(duì)探索一種新型的復(fù)合功能激光晶體材料，具有 非常重要的價(jià)值。運(yùn)種晶體材料可在制備緊湊型、激光二極管累浦、全固態(tài)可調(diào)諧激光器應(yīng) 用前景廣闊，此外對(duì)高密度存儲(chǔ)、制備集成光學(xué)器件、紅外探測(cè)也具有重要意義。
【附圖說(shuō)明】
[0009] 圖1為實(shí)施例中所得樣品Hf8晶體的形貌圖； 圖2為實(shí)施例中所得樣品Hf8晶體的晶片形貌圖； 圖3為實(shí)施例中所得樣品Hf2晶體的紫外可見(jiàn)吸收光譜圖； 圖4為實(shí)施例中所得樣品Hf4晶體的紫外可見(jiàn)吸收光譜圖； 圖5為實(shí)施例中所得樣品Hf6晶體的紫外可見(jiàn)吸收光譜圖； 圖6為實(shí)施例中所得樣品Hf8晶體的紫外可見(jiàn)吸收光譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010] 本發(fā)明技術(shù)方案不局限于W下所列舉【具體實(shí)施方式】，還包括各【具體實(shí)施方式】間的 任意組合。
【具體實(shí)施方式】 [0011] 一：本實(shí)施方式給鋪雙滲雜妮酸裡晶體，它由師2〇5、LiC〇3、Η??2和 Dy2〇3制成;其中所述LiC〇3中的Li與抓2〇5中的Nb的摩爾比為0.946:l，Dy2〇3的滲雜摩爾量占 四種原料總摩爾量的0.5%，冊(cè)化的滲雜摩爾量占四種原料總摩爾量的2%~8%。
【具體實(shí)施方式】 [0012] 二：本實(shí)施方式與一不同的是所述的Nb2〇5、LiC〇3、 冊(cè)化和Dy2〇3的純度均為99.99%。其它與一相同。
【具體實(shí)施方式】 [0013] Ξ:本實(shí)施方式與一或二不同的是所述冊(cè)化的滲雜摩 爾量占四種原料總摩爾量的2%。其它與一或二相同。
【具體實(shí)施方式】 [0014] 四：本實(shí)施方式與一至Ξ之一不同的是所述冊(cè)化的滲 雜摩爾量占四種原料總摩爾量的4%。其它與一至Ξ之一相同。
【具體實(shí)施方式】 [0015] 五:本實(shí)施方式與一至四之一不同的是所述冊(cè)化的滲 雜摩爾量占四種原料總摩爾量的6%。其它與一至四之一相同。
【具體實(shí)施方式】 [0016] 六:本實(shí)施方式與一至四之一不同的是所述冊(cè)化的滲 雜摩爾量占四種原料總摩爾量的8%。其它與一至四之一相同。
[0017]
【具體實(shí)施方式】屯:本實(shí)施方式制備給鋪雙滲雜妮酸裡晶體的方法，按W下步驟進(jìn) 行： 一、 混合:稱取四種原料，分別為抓2〇5、LiC〇3、冊(cè)化和Dy2〇3，然后混合均勻，得到混合料； 其中所述LiC〇3中的Li與抓2〇5中的Nb的摩爾比為0.946:l，Dy2〇3的滲雜摩爾量占四種原料總 摩爾量的0.5%，冊(cè)化的滲雜摩爾量占四種原料總摩爾量的2%~8%; 二、 采用提拉法生長(zhǎng)晶體:將步驟一中所得混合料放入Pt相鍋中，然后在710~74(TC下 燒結(jié)2~化，再升溫至1160~1180°C繼續(xù)燒結(jié)1~化，隨后冷卻至室溫，然后采用提拉法進(jìn)行晶 體生長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)引晶、縮頸、放肩、收肩、等徑生長(zhǎng)、拉脫和退火，得到多疇晶體;其中所述提拉 法的提拉速度為0.7~1.3mm/h，軸向溫度梯度為35~40°C/cm，旋轉(zhuǎn)速度為12~15r/min; Ξ、極化:將步驟二中所得多疇晶體置于溫度為1160~1210°C，電流密度為5mA/cm2的條 件下極化28~32min，得到極化后的晶體； 四、切割、拋光:將步驟Ξ中所得極化后的晶體進(jìn)行切割，然后對(duì)表面進(jìn)行光學(xué)質(zhì)量級(jí) 拋光，得到冊(cè):Dy: LiNb化晶體，即完成給鋪雙滲雜妮酸裡晶體的制備。
[001引本實(shí)施方式中所述的Nb205、LiC03、Hf02和Dy203的純度均為99.990/0。
[0019 ]【具體實(shí)施方式】八:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】屯不同的是步驟二中混合料放入Pt 相鍋中，然后在73(TC下燒結(jié)4h，再升溫至117(TC繼續(xù)燒結(jié)1.化。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí) 施方式屯相同。
【具體實(shí)施方式】 [0020] 九:本實(shí)施方式與屯或八不同的是步驟二中所述提拉 法的提拉速度為1. Omm/h，軸向溫度梯度為38 °C /cm，旋轉(zhuǎn)速度為13r/min。其它與具體實(shí)施 方式屯或八相同。
【具體實(shí)施方式】 [0021] 十:本實(shí)施方式與屯至九之一不同的是步驟Ξ中多疇 晶體置于溫度為119(TC，電流密度為5mA/cm2的條件下極化30min。其它與屯 至九之一相同。
[0022] 采用W下實(shí)施例驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果： 實(shí)施例： 制備給鋪雙滲雜妮酸裡晶體的方法，按W下步驟進(jìn)行： 一、 混合:稱取四種原料，分別為抓2〇5、LiC〇3、冊(cè)化和Dy2〇3，然后混合均勻，得到混合料； 其中所述LiC〇3中的Li與抓2〇5中的Nb的摩爾比為0.946:l，Dy2〇3的滲雜摩爾量占四種原料總 摩爾量的0.5%，冊(cè)化的滲雜摩爾量占四種原料總摩爾量的2%~8%; 二、 采用提拉法生長(zhǎng)晶體:將步驟一中所得混合料放入Pt相鍋中，然后在73(TC下燒結(jié) 地，再升溫至118(TC繼續(xù)燒結(jié)化，隨后冷卻至室溫，然后采用提拉法進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)引 晶、縮頸、放肩、收肩、等徑生長(zhǎng)、拉脫和退火，得到多疇晶體;其中所述提拉法的提拉速度為 1.2臟/11，軸向溫度梯度為371：八111，旋轉(zhuǎn)速度為1化/111111; Ξ、極化:將步驟二中所得多疇晶體置于溫度為1200°C，電流密度為5mA/cm2的條件下 極化32min，得到極化后的晶體； 四、切割、拋光:將步驟Ξ中所得極化后的晶體進(jìn)行切割，然后對(duì)表面進(jìn)行光學(xué)質(zhì)量級(jí) 拋光，得到冊(cè):Dy: LiNb化晶體，即完成給鋪雙滲雜妮酸裡晶體的制備。
[002；3] 本實(shí)施例中所述的佩2〇5、^0)3、冊(cè)〇2和〇72〇3的純度均為99.99%。
[0024] 本實(shí)施例中冊(cè)化的滲雜摩爾量占四種原料總摩爾量的2%，4%，6%，8%，依次得到四 個(gè)樣品，命名為冊(cè)2，冊(cè)4，冊(cè)6和冊(cè)8; 本實(shí)施例所得樣品Hf8的晶體形貌如圖1所示，可見(jiàn)，晶體光澤度高、成分均一、無(wú)瑕疵、 無(wú)生長(zhǎng)條紋和無(wú)裂紋產(chǎn)生。
[0025] 本實(shí)施例所得樣品Hf8的晶體的晶片形貌如圖2所示。
[0026] 本實(shí)施例所得樣品Hf 2，Hf 4，冊(cè)6和冊(cè)8，其晶體均按照10mm X 10mm X 2.5mm (Z X X X Υ)切成晶片進(jìn)行紫外可見(jiàn)吸收光譜測(cè)試，如圖3、4、5和6所示，可W看出Hf:Dy:LiNb化晶體 在428皿、452加1、472皿、756加1、806皿、907皿、1116皿、1290皿和1663皿處。每一個(gè)吸收峰的 形成都是由于Dy3+從基態(tài)向發(fā)態(tài)躍遷造成的。隨著Hf滲雜濃度的提高，Dy 的光譜項(xiàng)躍遷的 峰位沒(méi)有變化，并且吸收峰的強(qiáng)度也變化不大。
[0027] 本實(shí)施例所得樣品冊(cè)2，冊(cè)4，冊(cè)6和冊(cè)8采用光致散射闊值曝光能量流法測(cè)試晶體 的抗光損傷能力，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。本實(shí)施方式所得Hf4晶體樣品的抗光損傷能力相比 Hf2晶體樣品的抗光損傷能力提高了2個(gè)數(shù)量級(jí)，在四個(gè)樣品中，冊(cè)8晶體樣品的抗光損傷能 力最強(qiáng)。
[002引表1 Hf:Dy:LiNb化晶體的光散射曝光能量流闊值
本實(shí)施例所得樣品冊(cè)2，冊(cè)4，冊(cè)6和冊(cè)8,分別切割下適量晶體，用丙酬、酒精等將樣品清' 洗干凈，然后將晶片搗碎，放置于瑪瑤研鉢中研磨成約200目的粉末;在多晶衍射儀上測(cè)試 其X射線粉末衍射峰，將XRD測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用最小二乘法計(jì)算出各樣品的晶格常數(shù)，結(jié)果 如表2所示，并且參照下面的公式計(jì)算了晶胞體積K。
[0029] 表2 Hf:Dy:LiNb〇3晶體的晶格常數(shù)
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 鉿鏑雙摻雜鈮酸鋰晶體，其特征在于它由Nb2〇5、LiC03、Hf〇2和Dy 2〇3制成；其中所述 LiC03中的Li與Nb2〇5中的Nb的摩爾比為0.946:l，Dy2〇3的摻雜摩爾量占四種原料總摩爾量的 0.5%，Hf02的摻雜摩爾量占四種原料總摩爾量的8%。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉿鏑雙摻雜鈮酸鋰晶體，其特征在于所述的Nb205、LiC03、Hf0 2 和Dy2〇3的純度均為99 · 99%。3. 制備如權(quán)利要求1所述的鉿鏑雙摻雜鈮酸鋰晶體的方法，其特征在于它按以下步驟 進(jìn)行： 一、 混合:稱取四種原料，分別為Nb2〇5、LiC03、Hf 02和Dy2〇3，然后混合均勻，得到混合料； 其中所述LiC0 3中的Li與Nb2〇5中的Nb的摩爾比為0.946:l，Dy2〇 3的摻雜摩爾量占四種原料總 摩爾量的〇.5%，Hf〇2的摻雜摩爾量占四種原料總摩爾量的8%; 二、 采用提拉法生長(zhǎng)晶體:將步驟一中所得混合料放入Pt坩鍋中，然后在710~740°C下 燒結(jié)2~6h，再升溫至1160~1180°C繼續(xù)燒結(jié)1~2h，隨后冷卻至室溫，然后采用提拉法進(jìn)行晶 體生長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)引晶、縮頸、放肩、收肩、等徑生長(zhǎng)、拉脫和退火，得到多疇晶體;其中所述提拉 法的提拉速度為0.7~1.3mm/h，軸向溫度梯度為35~40°C/cm，旋轉(zhuǎn)速度為12~15r/min; 三、 極化:將步驟二中所得多疇晶體置于溫度為1160~1210 °C，電流密度為5mA/cm2的條 件下極化28~32min，得到極化后的晶體； 四、 切割、拋光:將步驟三中所得極化后的晶體進(jìn)行切割，然后對(duì)表面進(jìn)行光學(xué)質(zhì)量級(jí) 拋光，得到Hf: Dy: LiNb03晶體，即完成鉿鏑雙摻雜鈮酸鋰晶體的制備。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的鉿鏑雙摻雜鈮酸鋰晶體的制備方法，其特征在于步驟二中混 合料放入Pt坩鍋中，然后在730°C下燒結(jié)4h，再升溫至1170°C繼續(xù)燒結(jié)1.5h。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的鉿鏑雙摻雜鈮酸鋰晶體的制備方法，其特征在于步驟二中所 述提拉法的提拉速度為1. Omm/h，軸向溫度梯度為38 °C /cm，旋轉(zhuǎn)速度為13r/min。6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的鉿鏑雙摻雜鈮酸鋰晶體的制備方法，其特征在于步驟三中多 疇晶體置于溫度為1190°C，電流密度為5mA/cm 2的條件下極化30min。
【文檔編號(hào)】C30B29/30GK106012019SQ201610415223
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年6月12日
【發(fā)明人】代麗, 徐超, 劉春蕊
【申請(qǐng)人】哈爾濱理工大學(xué)