CN1362545A - 近化学计量比铌酸锂晶体及其生长方法 - Google Patents

近化学计量比铌酸锂晶体及其生长方法 Download PDF

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Abstract

本发明属光电材料领域。它提供了一种生长近化学计量比铌酸锂晶体的方法:采用填加K2O助溶剂的方法,降低铌酸锂的熔点,提高晶体的锂铌比,在熔融状态下,利用提拉法生长近化学计量比铌酸锂晶体(包括名义纯和各种掺杂)。该技术生长的晶体中Li2O的含量在49mol%以上,且光学质量好,适用于产业化。在表面波滤波器、电光调制、电光开关、光波导其激光器、倍频、参量振荡、高密度信息存储、光电器件集成等方面有着非常广泛的应用前景。

Description

近化学计量比铌酸锂晶体及其生长方法
                              技术领域
本发明属光电材料领域。具体地讲它是一种近化学计量比的铌酸锂晶体及其生长方法。近化学计量比铌酸锂晶体是优异的光电子材料，具有十分广泛的应用前景。
                              背景技术
铌酸锂晶体是一种集电光、声光、非线性、光折变及激光活性等效应于一身的罕见晶体，在表面波滤波器、电光调制、电光开关、光波导及其激光器、倍频、高密度信息存储等方面有着广泛的应用前景，是一种如硅单晶一样不可多得的多功能人工晶体。对铌酸锂晶体的研究开发一直是国际上持续不断的热点。
当前铌酸锂晶体最大的突破在于近化学计量比([Li]/[Nb]＝1∶1)晶体的生长。与通常的同成分([Li]/[Nb]≈48.5∶51.5)晶体相比，近化学计量比晶体的电光系数和非线性光学系数分别增大了30％和27％；周期极化反转电压可降低两个量级；光折变灵敏度和光致折射率变化可提高一个量级；非挥发性全息存储的响应时间可缩短两个量级；光致发光的强度可提高两个量级；在掺入少量MgO后抗光伤能力可提高四个量级以上；在掺入少量铁和强还原的状态下，全息写入的响应时间达到亚秒级，比同成分掺铁铌酸锂晶体缩短了四个量级。
如此优异的物理性能，加之十分广泛的应用前景，使得近化学计量比铌酸锂晶体迅速成为国际上竞相追逐的光电子材料。许多国家的研究与开发机构对之投入了极大的热情和人力、物力，以期掌握生长近化学计量比铌酸锂晶体的关键技术，占领这一在光电信息领域具有研究开发平台性质的基质材料的制高点。
                            发明内容
本发明的目的是提供一种获得近化学计量比铌酸锂晶体及其生长方法，本发明之晶体光学质量好，技术适于产业化。
本发明铌酸锂晶体中Li2O的含量在49mol.％以上。
本发明所说的近化学计量比铌酸锂晶体可以包括各种掺杂：如镁、锌、铟、铁、铜、锰、铈、镱、铬、铒或钕中的一种或一种以上。掺杂量为：MgO或ZnO(0～5mol.％)，In2O3(0～3mol.％)，Fe2O3、CuO、Mn2O3、Ce2O3、Yb2O3、Cr2O3、Er2O3或Nd2O3(0～1mol.％)。
本发明的近化学计量比铌酸锂晶体是通过填加K2O助溶剂，降低铌酸锂的熔点，提高晶体的锂铌比，在熔融状态下，利用提拉法生长的。
本发明具体的实施步骤是：(一)名义纯近化学计量比铌酸锂晶体
(1)按[Li2CO3]/[Nb2O5]＝48～58∶42～52的比例配料，加入3～15wt.％的K2O，在混料机上充分混合20～40小时，在800～950℃恒温2～5小时，使Li2CO3充分分解，在1000～1150℃煅烧2～8小时成铌酸锂粉料。(2)将该粉料压实，放于白金坩埚内，用提拉法按拉脖、放肩、等径、收尾等过程生长晶体，拉速0.01～5mm，转速15～30rpm，气液温差15～25℃，熔体内温度梯度1.0～2.5℃/mm，熔体上方温梯为0.5～2.0℃/mm。(3)生长后的晶体在1180～1210℃单畴化、退火，可得名义纯近化学计量比铌酸锂晶体。(二)近化学计量比掺杂铌酸锂晶体
(1)按[Li2CO3]/[Nb2O5]＝46～58∶42～54的比例配料，掺入所需杂质，如MgO或ZnO(0～5mol.％)，In2O3(0～3mol.％)，Fe2O3、CuO、Mn2O3、Ce2O3、Yb2O3、Cr2O3、Er2O3或Nd2O3(0～1mol.％)的一种或一种以上，再加入2～15wt.％的K2O，在混料机上充分混合20～40小时，在800～950℃恒温2～5小时，使Li2CO3充分分解，在1000～1150℃煅烧2～8小时成掺杂铌酸锂粉料。(2)将该粉料压实，放于白金坩埚内，用提拉法按拉脖、放肩、等径、收尾等过程生长晶体，拉速0.01～5mm，转速15～30rpm，气液温差15～25℃，熔体内温度梯度1.0～2.5℃/mm，熔体上方温梯为0.5～2.0℃/mm。(3)生长后的晶体在1150～1210℃单畴化、退火，可得近化学计量比掺杂铌酸锂晶体。
本发明的近化学计量比铌酸锂晶体中Li2O的含量在49mol.％的以上，且光学质量好。在表面波滤波器、电光调制、电光开关、光波导其激光器、倍频、参量振荡、高密度信息存储、光电器件集成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。
                            具体实施方式
实施例1：
(1)按[Li2CO3]/[Nb2O5]＝48.6∶51.4的比例配料，加入6wt.％的K2O，在混料机上充分混合24小时，在850℃恒温3小时，使Li2CO3充分分解，在1100℃煅烧3小时成铌酸锂粉料。(2)将该粉料压实，放于白金坩埚内，用提拉法按拉脖、放肩、等径、收尾等过程生长双掺铌酸锂晶体，拉速0.3mm，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，可得名义纯近化学计量比铌酸锂晶体。通过组分测量，可得该晶体的锂铌比为49.6∶50.4。实施例2：
(1)按[Li2CO3]/[Nb2O5]＝48.5∶51.5的比例配料，掺入0.03wt.％的Fe2O3，再加入6wt.％的K2O，在混料机上充分混合30小时，在900℃恒温2小时，使Li2CO3充分分解，在1050℃煅烧5小时成掺杂铌酸锂粉料。(2)将该粉料压实，放于白金坩埚内，用提拉法按拉脖、放肩、等径、收尾等过程生长双掺铌酸锂晶体，拉速0.2mm，转速27rpm，气液温差22℃，熔体内温度梯度1.2℃/mm，熔体上方温梯为1.0℃/mm。(3)生长后的晶体在1190℃单畴化、退火，可得近化学计量比掺杂铌酸锂晶体。通过组分测量，可知该晶体中Li2O的含量为49.5mol.％。
实施例3：
(1)按[Li2CO3]/[Nb2O5]＝50∶50的比例配料，掺入1mol.％的MgO，再加入8wt.％的K2O，在混料机上充分混合24小时，在920℃恒温2小时，使Li2CO3充分分解，在1000℃煅烧5小时成掺杂铌酸锂粉料。(2)将该粉料压实，放于白金坩埚内，用提拉法按拉脖、放肩、等径、收尾等过程生长双掺铌酸锂晶体，拉速0.1mm，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1210℃单畴化、退火，可得近化学计量比掺杂铌酸锂晶体。通过组分测量，可得该晶体中Li2O的含量为49.7mol.％。

Claims (4)

1.一种近化学计量比铌酸锂晶体，其特征在于所说的晶体中Li2O的含量在49mol.％以上。
2.按照权利要求1所说的近化学计量比铌酸锂晶体，其特征在于它包括掺杂：如镁、锌、铟、铁、铜、锰、铈、镱、铬、铒或钕中的一种或一种以上；所说的掺杂量为：MgO或ZnO 0～5mol.％，In2O3 0～3mol.％，Fe2O3、CuO、Mn2O3、Ce2O3、Yb2O3、Cr2O3、Er2O3或Nd2O3 0～1mol.％。
3.权利要求1所说的近化学计量比铌酸锂晶体的生长方法，其特征在于它包括下述步骤：
(1)按[Li2CO3]/[Nb2O5]＝46～58∶42～54的比例配料，按计量选择MgO、ZnO、
  In2O3、Fe2O3、CuO、Mn2O3、Ce2O3、Yb2O3、Cr2O3、Er2O3或Nd2O3中的一
   种或一种以上，加入2～15wt.％的K2O，在混料机上充分混合20～40小时，
   在800～950℃恒温2～5小时，使Li2CO3充分分解，在1000～1150℃煅烧2～8
   小时成铌酸锂粉料；
(2)将该粉料压实，放于白金坩埚内，用提拉法按拉脖、放肩、等径、收尾过程
   生长铌酸锂晶体，拉速0.01～5mm，转速15～30rpm，气液温差15～25℃，熔
   体内温度梯度1.0～2.5℃/mm，熔体上方温梯为0.5～2.0℃/mm；
(3)生长后的晶体在1150～1210℃单畴化、退火，可得近化学计量比铌酸锂晶体。
4.权利要求1所说的近化学计量比铌酸锂晶体的应用，其特征在于它可以作为一种多功能光电材料用于表面波滤波器、电光调制、电光开关、光波导其激光器、倍频、参量振荡、高密度信息存储或光电器件集成。
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