CN1277271A - 双掺铌酸锂晶体 - Google Patents

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Abstract

本发明属光折变晶体材料领域。它的组成是：Li1－xNb1+yO3∶Fem,Mn,其中M是镁、铟或锌中的一种,用q来表示M离子的价态(M为镁、锌时q=2,M为铟时q=3),则x,y,m,n的取值范围分别是:0.05≤x≤0.13,0.00≤y≤0.01,5.0×10－5≤m≤7.5×10－4,0.02≤qn≤0.13。本发明大幅提高了铌酸锂晶体的光折变特性,使其具有高衍射效率(68%以上)、快光折变响应比掺铁铌酸锂晶体缩短了一个数量级和强抗光散射能力,光折变扇形光散射光强阈值比掺铁铌酸锂晶体提高近两个数量级。本发明是优良的三维全息光盘材料,具有巨大的市场前景。

Description

双掺铌酸锂晶体
本发明属光折变晶体材料领域。
三维全息光学存储器即将面世，但这并不意味着产品已成熟，其主要问题是还未得到理想的三维光全息存储材料。实际上，世界上的科学家一直在寻找理想的三维全息存储材料。到目前为止，掺铁铌酸锂晶体还被认为是首选材料，但它存在明显的缺点，即响应时间长、抗光散射能力差(A.Hellemans，Holograms can storage terabytes，butwhere？Science 286(1999)1502)。改良与优化掺铁铌酸锂晶体(抑制其中光生伏特效应，同时保持它的优良光折变特性等)仍是当前的首要任务。
本发明目的是提供一种双掺铌酸锂晶体，它是优化改良的掺铁铌酸锂晶体，具有光强阈值效应、光区膨胀效应，具有优良的光折变存储性能，可以作为高性能的理想三维全息光存储材料。
本发明双掺铌酸锂晶体是在铌酸锂晶体中掺铁并且同时选择掺入了半径合适的第二种金属离子，其组成可表示为：Li1-xNb1+yO3：Fem，Mn，其中M是镁、铟或锌中的一种，用q来表示M离子的价态(M为镁、锌时q＝2，M为铟时q＝3)，则x，y，m，n的取值范围分别是：0.05≤x≤0.13，0.00≤y≤0.01，5.0×10-5≤m≤7.5×10-4，0.02≤qn≤0.13。
双掺铌酸锂晶体的组成可以是：
掺铁0.007～0.03wt％与掺镁1.0～5.5mol.％、
掺铁0.01～0.05wt.％与掺铟0.75～3.0mol.％或
掺铁0.02～0.06wt.％与掺锌1.5～6.5mol.％，
其中同成分配比为[Li]/[Nb]＝0.87～0.95。
本发明具体的实施步骤是：
(1)称取计量组成金属元素的Li2CO3、Nb2O5、Fe2O3及MgO(In2O3或ZnO)，在150℃下恒温2小时将粉料烘干，然后在混料机上充分混合24小时，在850℃恒温2小时，使Li2CO3充分分解，在1100℃煅烧2小时成双掺杂铌酸锂粉料。(2)将该粉料压实，放于白金坩埚内，用中频炉加热，Czochralski提拉法沿c轴方向按拉脖、放肩、等径、收尾等过程生长双掺铌酸锂晶体，拉速1～3mm，转速15～30rpm，气液温差20℃，熔体内温度梯度1.5℃/mm，熔体上方温梯为1.0℃/mm。(3)生长后的晶体在1200℃单畴化、退火，可得掺铁掺镁铌酸锂晶体。
本发明双掺铌酸锂晶体具有高衍射效率，光折变三维全息光栅衍射效率在68％以上；光折变响应时间为3-5秒，在相同的工作光强的情况下，比掺铁铌酸锂晶体缩短了一个数量级；强的抗光散射能力，即光折变扇形光散射光强阈值比掺铁铌酸锂晶体提高近两个数量级。与国际上的同类指标相比，该晶体的响应时间提高了1至2个数量级，是一种高性能的三维全息光存储材料。在三维全息光盘、集成光学、军事对抗、民用导航、金融证券等方面有着非常广泛的应用前景。
本发明的突出的实质性的特点和积极效果可从下述实施例中得以体现，但是它们并不是对本发明作任何限制。
实施例1：
(1)称取0.01wt.％Fe2O3及3mol％MgO，[Li2CO3]/[Nb2O5]＝0.94。在150℃下恒温2小时将粉料烘干，然后在混料机上充分混合24小时，在850℃恒温2小时，使Li2CO3充分分解，在1100℃煅烧2小时成双掺杂铌酸锂粉料。(2)将该粉料压实，放于白金坩埚内，用中频炉加热，Czochralski提拉法沿c轴方向按拉脖、放肩、等径、收尾等过程生长双掺铌酸锂晶体，拉速3mm，转速27rpm，气液温差20℃，熔体内温度梯度1.5℃/mm，熔体上方温梯为1.0℃/mm。(3)生长后的晶体在1200℃单畴化、退火，经定向、切割、磨抛等工序，可得掺铁掺镁铌酸锂晶体。其最大衍射效率为70％，光散射光强阈值大于20mW，存储器平均写入时间为5s(I～1W/cm2)。
实施例2：
(1)称取0.015wt.％Fe2O3及0.5mol％In2O3，[Li2CO3]/[Nb2O5]＝0.945。在150℃下恒温2小时将粉料烘干，然后在混料机上充分混合24小时，在850℃恒温2小时，使Li2CO3充分分解，在1100℃煅烧2小时成双掺杂铌酸锂粉料。(2)将该粉料压实，放于白金坩埚内，用中频炉加热，Czochralski提拉法沿c轴方向按拉脖、放肩、等径、收尾等过程生长双掺铌酸锂晶体，拉速2mm，转速25rpm，气液温差20℃，熔体内温度梯度1.5℃/mm，熔体上方温梯为1.0℃/mm。(3)生长后的晶体在1200℃单畴化、退火，经定向、切割、磨抛等工序，可得掺铁掺铟铌酸锂晶体。其最大衍射效率为72％，光散射光强阈值大于30mW，存储器平均写入时间为3s(I～1W/cm2)。
实施例3：
(1)称取0.025wt.％Fe2O3及6mol％ZnO，[Li2CO3]/[Nb2O5]＝0.88。在150℃下恒温2小时将粉料烘干，然后在混料机上充分混合24小时，在850℃恒温2小时，使Li2CO3充分分解，在1100℃煅烧2小时双掺杂铌酸锂粉料。(2)将该粉料压实，放于白金坩埚内，用中频炉加热，Czochralski提拉法沿c轴方向按拉脖、放肩、等径、收尾等过程生长双掺铌酸锂晶体，拉速1.5mm，转速20rpm，气液温差20℃，熔体内温度梯度1.5℃/mm，熔体上方温梯为1.0℃/mm。(3)生长后的晶体在1200℃单畴化、退火，经定向、切割、磨抛等工序，可得掺铁掺锌铌酸锂晶体。其最大衍射效率为68％，光散射光强阈值大于50mW，存储器平均写入时间为3s(I～1W/cm2)。

Claims (4)

1、一种双掺铌酸锂晶体，其特征在于它包括掺铁并且同时选择掺入了半径匹配的第二种金属离子，其组成可表示为：Li1-xNb1+yO3：Fem，Mn，其中M是镁、铟或锌中的一种，用q来表示M离子的价态(M为镁、锌时q＝2，M为铟时q＝3)，则x，y，m，n的取值范围分别是：0.05≤x≤0.13，0.00≤y≤0.01，5.0×10-5≤m≤7.5×10-4，0.02≤qn≤0.13。
2、按照权利要求1所说的双掺铌酸锂晶体，其特征在于它的组成是：
     掺铁0.007～0.03wt％与掺镁1.0～5.5mol.％、
     掺铁0.01～0.05wt.％与掺铟0.75～3.0mol.％或
     掺铁0.02～0.06wt.％与掺锌1.5～6.5mol.％，
     其中同成分配比为[Li]/[Nb]＝0.87～0.95。
3、权利要求1或2所说的双掺铌酸锂晶体的制备方法，其特征在于它包括下述步骤：
(1)称取计量组成金属元素的Li2CO3、Nb2O5、Fe2O3及MgO、In2O3或ZnO，在
   150℃下烘干，充分混合24小时，在850℃恒温2小时，使Li2CO3分解，
   在1100℃煅烧2小时得到掺杂铌酸锂粉料。
(2)将粉料压实放于白金坩埚内，用中频炉加热，Czochralski提拉法沿c轴方向
   按拉脖、放肩、等径、收尾即可得到双掺铌酸锂晶体，其中，拉速1～3mm，
   转速15～30rpm，气液温差20℃，熔体内温度梯度1.5℃/mm，熔体上方温梯
   为1.0℃/mm。
(3)将晶体在1200℃单畴化、退火，可得双掺铌酸锂晶体。
4、权利要求1所说的双掺铌酸锂晶体的应用，其特征在于它可以用于三维光全息存储材料。
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