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。本發明制備的Hf:Dy:LiNbO3晶體光澤度高、成分均一、無瑕疵、無生長條紋和無裂紋產生，抗光損傷性能較高，能夠做為激光晶體材料；本發明制備方法簡單，便于操作，晶體生長速度快；這種晶體材料可在制備緊湊型、激光二極管泵浦、全固態可調諧激光器應用前景廣闊，此外對高密度存儲、制備集成光學器件、紅外探測也具有重要意義。
【專利說明】
給銅雙慘雜能酸裡晶體及其制備方法
技術領域
[0001] 本發明屬于材料技術領域，具體設及給鋪雙滲雜妮酸裡晶體及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 近些年，隨著光纖技術和集成光學技術的迅猛發展，妮酸裡晶體化iNb〇3)W其獨 特的優良性能成為光波導材料中最具深入研究價值的晶體之一。尤其是將稀±發光滲雜， 周期極化和光波導相結合，能研制出更多優良性能的固體激光器和頻率轉換器件等等。由 此，目前，稀±離子滲雜的妮酸裡晶體也越來越引起研究者們的密切關注。但妮酸裡晶體的 抗光損傷能力低于其他晶體，因此嚴重限制了其在實際生活生產中的應用。
[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題。

【發明內容】

[0004] 本發明目的是為了解決現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下步驟進行： 一、 混合:稱取四種原料，分別為抓2〇5、LiC〇3、冊化和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2~化，再升溫至1160~1180°C繼續燒結1~化，隨后冷卻至室溫，然后采用提拉法進行晶 體生長，經過引晶、縮頸、放肩、收肩、等徑生長、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行切割，然后對表面進行光學質量級 拋光，得到冊:Dy: LiNb化晶體，即完成給鋪雙滲雜妮酸裡晶體的制備。
[0007] 本發明中滲雜稀±離子Dy3+主要體現在光纖通信方面的應用，并利用妮酸裡晶體 優良的非線性光學性能和電光性能，將其與發光特性相結合，可W研制出性能優良的光集 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引本發明的優點： 一、 本發明制備的Hf:Dy:Li師化晶體光澤度高、成分均一、無瑕疵、無生長條紋和無裂 紋產生，抗光損傷性能較高，能夠做為激光晶體材料； 二、 本發明Hf:Dy:LiNb化晶體的制備方法簡單，便于操作，晶體生長速度快； Ξ、本發明制備的Hf: Dy: LiNb化晶體對探索一種新型的復合功能激光晶體材料，具有 非常重要的價值。運種晶體材料可在制備緊湊型、激光二極管累浦、全固態可調諧激光器應 用前景廣闊，此外對高密度存儲、制備集成光學器件、紅外探測也具有重要意義。
【附圖說明】
[0009] 圖1為實施例中所得樣品Hf8晶體的形貌圖； 圖2為實施例中所得樣品Hf8晶體的晶片形貌圖； 圖3為實施例中所得樣品Hf2晶體的紫外可見吸收光譜圖； 圖4為實施例中所得樣品Hf4晶體的紫外可見吸收光譜圖； 圖5為實施例中所得樣品Hf6晶體的紫外可見吸收光譜圖； 圖6為實施例中所得樣品Hf8晶體的紫外可見吸收光譜圖。
【具體實施方式】
[0010] 本發明技術方案不局限于W下所列舉【具體實施方式】，還包括各【具體實施方式】間的 任意組合。
【具體實施方式】 [0011] 一：本實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%，冊化的滲雜摩爾量占四種原料總摩爾量的2%~8%。
【具體實施方式】 [0012] 二：本實施方式與一不同的是所述的Nb2〇5、LiC〇3、 冊化和Dy2〇3的純度均為99.99%。其它與一相同。
【具體實施方式】 [0013] Ξ:本實施方式與一或二不同的是所述冊化的滲雜摩 爾量占四種原料總摩爾量的2%。其它與一或二相同。
【具體實施方式】 [0014] 四：本實施方式與一至Ξ之一不同的是所述冊化的滲 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。
【具體實施方式】 [0015] 五:本實施方式與一至四之一不同的是所述冊化的滲 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。
【具體實施方式】 [0016] 六:本實施方式與一至四之一不同的是所述冊化的滲 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]
【具體實施方式】屯:本實施方式制備給鋪雙滲雜妮酸裡晶體的方法，按W下步驟進 行： 一、 混合:稱取四種原料，分別為抓2〇5、LiC〇3、冊化和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2~化，再升溫至1160~1180°C繼續燒結1~化，隨后冷卻至室溫，然后采用提拉法進行晶 體生長，經過引晶、縮頸、放肩、收肩、等徑生長、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行切割，然后對表面進行光學質量級 拋光，得到冊:Dy: LiNb化晶體，即完成給鋪雙滲雜妮酸裡晶體的制備。
[001引本實施方式中所述的Nb205、LiC03、Hf02和Dy203的純度均為99.990/0。
[0019 ]【具體實施方式】八:本實施方式與【具體實施方式】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4h，再升溫至117(TC繼續燒結1.化。其它步驟及參數與具體實 施方式屯相同。
【具體實施方式】 [0020] 九:本實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，旋轉速度為13r/min。其它與具體實施 方式屯或八相同。
【具體實施方式】 [0021] 十:本實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下實施例驗證本發明的有益效果： 實施例： 制備給鋪雙滲雜妮酸裡晶體的方法，按W下步驟進行： 一、 混合:稱取四種原料，分別為抓2〇5、LiC〇3、冊化和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 地，再升溫至118(TC繼續燒結化，隨后冷卻至室溫，然后采用提拉法進行晶體生長，經過引 晶、縮頸、放肩、收肩、等徑生長、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行切割，然后對表面進行光學質量級 拋光，得到冊:Dy: LiNb化晶體，即完成給鋪雙滲雜妮酸裡晶體的制備。
[002；3] 本實施例中所述的佩2〇5、^0)3、冊〇2和〇72〇3的純度均為99.99%。
[0024] 本實施例中冊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 個樣品，命名為冊2，冊4，冊6和冊8; 本實施例所得樣品Hf8的晶體形貌如圖1所示，可見，晶體光澤度高、成分均一、無瑕疵、 無生長條紋和無裂紋產生。
[0025] 本實施例所得樣品Hf8的晶體的晶片形貌如圖2所示。
[0026] 本實施例所得樣品Hf 2，Hf 4，冊6和冊8，其晶體均按照10mm X 10mm X 2.5mm (Z X X X Υ)切成晶片進行紫外可見吸收光譜測試，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。每一個吸收峰的 形成都是由于Dy3+從基態向發態躍遷造成的。隨著Hf滲雜濃度的提高，Dy 的光譜項躍遷的 峰位沒有變化，并且吸收峰的強度也變化不大。
[0027] 本實施例所得樣品冊2，冊4，冊6和冊8采用光致散射闊值曝光能量流法測試晶體 的抗光損傷能力，實驗數據如表1所示。本實施方式所得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個數量級，在四個樣品中，冊8晶體樣品的抗光損傷能 力最強。
[002引表1 Hf:Dy:LiNb化晶體的光散射曝光能量流闊值
本實施例所得樣品冊2，冊4，冊6和冊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;在多晶衍射儀上測試 其X射線粉末衍射峰，將XRD測得的實驗數據用最小二乘法計算出各樣品的晶格常數，結果 如表2所示，并且參照下面的公式計算了晶胞體積K。
[0029] 表2 Hf:Dy:LiNb〇3晶體的晶格常數
【主權項】
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. 根據權利要求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2~6h，再升溫至1160~1180°C繼續燒結1~2h，隨后冷卻至室溫，然后采用提拉法進行晶 體生長，經過引晶、縮頸、放肩、收肩、等徑生長、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行切割，然后對表面進行光學質量級 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. 根據權利要求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4h，再升溫至1170°C繼續燒結1.5h。5. 根據權利要求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，旋轉速度為13r/min。6. 根據權利要求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】C30B29/30GK106012019SQ201610415223
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月12日
【發明人】代麗, 徐超, 劉春蕊
【申請人】哈爾濱理工大學