專利名稱：近化學計量比鈮酸鋰晶體及其生長方法
技術領域：
本發明屬光電材料領域。具體地講它是一種近化學計量比的鈮酸鋰晶體及其生長方法。近化學計量比鈮酸鋰晶體是優異的光電子材料，具有十分廣泛的應用前景。
背景技術：
鈮酸鋰晶體是一種集電光、聲光、非線性、光折變及激光活性等效應于一身的罕見晶體，在表面波濾波器、電光調制、電光開關、光波導及其激光器、倍頻、高密度信息存儲等方面有著廣泛的應用前景，是一種如硅單晶一樣不可多得的多功能人工晶體。對鈮酸鋰晶體的研究開發一直是國際上持續不斷的熱點。
當前鈮酸鋰晶體最大的突破在于近化學計量比([Li]/[Nb]＝1∶1)晶體的生長。與通常的同成分([Li]/[Nb]≈48.5∶51.5)晶體相比，近化學計量比晶體的電光系數和非線性光學系數分別增大了30％和27％；周期極化反轉電壓可降低兩個量級；光折變靈敏度和光致折射率變化可提高一個量級；非揮發性全息存儲的響應時間可縮短兩個量級；光致發光的強度可提高兩個量級；在摻入少量MgO后抗光傷能力可提高四個量級以上；在摻入少量鐵和強還原的狀態下，全息寫入的響應時間達到亞秒級，比同成分摻鐵鈮酸鋰晶體縮短了四個量級。
如此優異的物理性能，加之十分廣泛的應用前景，使得近化學計量比鈮酸鋰晶體迅速成為國際上競相追逐的光電子材料。許多國家的研究與開發機構對之投入了極大的熱情和人力、物力，以期掌握生長近化學計量比鈮酸鋰晶體的關鍵技術，占領這一在光電信息領域具有研究開發平臺性質的基質材料的制高點。
發明內容
本發明的目的是提供一種獲得近化學計量比鈮酸鋰晶體及其生長方法，本發明之晶體光學質量好，技術適于產業化。
本發明鈮酸鋰晶體中Li2O的含量在49mol.％以上。
本發明所說的近化學計量比鈮酸鋰晶體可以包括各種摻雜如鎂、鋅、銦、鐵、銅、錳、鈰、鐿、鉻、鉺或釹中的一種或一種以上。摻雜量為MgO或ZnO(0～5mol.％)，In2O3(0～3mol.％)，Fe2O3、CuO、Mn2O3、Ce2O3、Yb2O3、Cr2O3、Er2O3或Nd2O3(0～1mol.％)。
本發明的近化學計量比鈮酸鋰晶體是通過填加K2O助溶劑，降低鈮酸鋰的熔點，提高晶體的鋰鈮比，在熔融狀態下，利用提拉法生長的。
本發明具體的實施步驟是(一)名義純近化學計量比鈮酸鋰晶體(1)按[Li2CO3]/[Nb2O5]＝48～58∶42～52的比例配料，加入3～15wt.％的K2O，在混料機上充分混合20～40小時，在800～950℃恒溫2～5小時，使Li2CO3充分分解，在1000～1150℃煅燒2～8小時成鈮酸鋰粉料。(2)將該粉料壓實，放于白金坩堝內，用提拉法按拉脖、放肩、等徑、收尾等過程生長晶體，拉速0.01～5mm，轉速15～30rpm，氣液溫差15～25℃，熔體內溫度梯度1.0～2.5℃/mm，熔體上方溫梯為0.5～2.0℃/mm。(3)生長后的晶體在1180～1210℃單疇化、退火，可得名義純近化學計量比鈮酸鋰晶體。(二)近化學計量比摻雜鈮酸鋰晶體(1)按[Li2CO3]/[Nb2O5]＝46～58∶42～54的比例配料，摻入所需雜質，如MgO或ZnO(0～5mol.％)，In2O3(0～3mol.％)，Fe2O3、CuO、Mn2O3、Ce2O3、Yb2O3、Cr2O3、Er2O3或Nd2O3(0～1mol.％)的一種或一種以上，再加入2～15wt.％的K2O，在混料機上充分混合20～40小時，在800～950℃恒溫2～5小時，使Li2CO3充分分解，在1000～1150℃煅燒2～8小時成摻雜鈮酸鋰粉料。(2)將該粉料壓實，放于白金坩堝內，用提拉法按拉脖、放肩、等徑、收尾等過程生長晶體，拉速0.01～5mm，轉速15～30rpm，氣液溫差15～25℃，熔體內溫度梯度1.0～2.5℃/mm，熔體上方溫梯為0.5～2.0℃/mm。(3)生長后的晶體在1150～1210℃單疇化、退火，可得近化學計量比摻雜鈮酸鋰晶體。
本發明的近化學計量比鈮酸鋰晶體中Li2O的含量在49mol.％的以上，且光學質量好。在表面波濾波器、電光調制、電光開關、光波導其激光器、倍頻、參量振蕩、高密度信息存儲、光電器件集成等方面有著非常廣泛的應用前景。
本發明的突出的實質性的特點和積極效果可從下述實施例中得以體現，但是它們并不是對本發明作任何限制。
具體實施例方式
權利要求
1.一種近化學計量比鈮酸鋰晶體，其特征在于所說的晶體中Li2O的含量在49mol.％以上。
2.按照權利要求1所說的近化學計量比鈮酸鋰晶體，其特征在于它包括摻雜如鎂、鋅、銦、鐵、銅、錳、鈰、鐿、鉻、鉺或釹中的一種或一種以上；所說的摻雜量為MgO或ZnO 0～5mol.％，In2O30～3mol.％，Fe2O3、CuO、Mn2O3、Ce2O3、Yb2O3、Cr2O3、Er2O3或Nd2O30～1mol.％。
3.權利要求1所說的近化學計量比鈮酸鋰晶體的生長方法，其特征在于它包括下述步驟(1)按[Li2CO3]/[Nb2O5]＝46～58∶42～54的比例配料，按計量選擇MgO、ZnO、In2O3、Fe2O3、CuO、Mn2O3、Ce2O3、Yb2O3、Cr2O3、Er2O3或Nd2O3中的一種或一種以上，加入2～15wt.％的K2O，在混料機上充分混合20～40小時，在800～950℃恒溫2～5小時，使Li2CO3充分分解，在1000～1150℃煅燒2～8小時成鈮酸鋰粉料；(2)將該粉料壓實，放于白金坩堝內，用提拉法按拉脖、放肩、等徑、收尾過程生長鈮酸鋰晶體，拉速0.01～5mm，轉速15～30rpm，氣液溫差15～25℃，熔體內溫度梯度1.0～2.5℃/mm，熔體上方溫梯為0.5～2.0℃/mm；(3)生長后的晶體在1150～1210℃單疇化、退火，可得近化學計量比鈮酸鋰晶體。
4.權利要求1所說的近化學計量比鈮酸鋰晶體的應用，其特征在于它可以作為一種多功能光電材料用于表面波濾波器、電光調制、電光開關、光波導其激光器、倍頻、參量振蕩、高密度信息存儲或光電器件集成。
全文摘要
本發明屬光電材料領域。它提供了一種生長近化學計量比鈮酸鋰晶體的方法:采用填加K
文檔編號C30B29/10GK1362545SQ0114433
公開日2002年8月7日 申請日期2001年12月17日 優先權日2001年12月17日
發明者孔勇發, 許京軍, 陳曉軍, 黃自恒, 李兵, 黃暉, 孫騫, 唐柏權, 陳紹林, 張玲, 劉士國, 張光寅 申請人:南開大學