摻錫鈮酸鋰晶體的制作方法

專利名稱：摻錫鈮酸鋰晶體的制作方法
技術領域：
本發明涉及非線性光學晶體技術領域，特別是涉及一種摻錫鈮酸鋰晶體。
背景技術：
鈮酸鋰(LiNbC)3)晶體是一種多功能、多用途的光電材料。鈮酸鋰晶 體的一個重要特性是光折變，它一方面開拓了晶體在全息存儲、光放大等 方面的應用，但同時也限制了它在頻率轉換、Q開關、參量振蕩、光波導 等方面的應用。
目前，在鈮酸鋰晶體中摻入某些雜質離子是提高鈮酸鋰晶體抗光折變 能力的一種有效手段，所摻入的離子例如有鎂離子Mg"、鋅離子Zn"、 鈧離子Sc"、銦離子In"、鉿離子H產等，其中應用最為廣泛的是在鈮酸 鋰晶體中摻入Mg2、形成摻鎂鈮酸鋰晶體。
但是，摻鎂鈮酸鋰晶體在有些方面存在明顯的不足，具體為摻雜閾 值濃度高、有效分凝系數不等于l、 4M,生長出高光學品質的晶體。
因此，目前迫切需要尋找新的抗光折變摻雜離子來形成新型鈮酸鋰晶 體，讓其具有摻雜閾值低，抗光折變能力較強，且易于生長等優點。

發明內容
有鑒于此，本發明的目的是提供一種摻錫鈮酸鋰晶體，該摻錫鈮酸鋰 晶體具有摻雜閾值低，抗光折變能力較強，且易于生長等優點，從而可以 完全取代高揭一美鈮酸鋰晶體的應用，具有巨大的市場前景和重大的生產實 踐意義。
為此，本發明提供了一種摻錫鈮酸鋰晶體，在鈮酸鋰晶體中摻入有錫 離子Sn4+,所述錫離子Sn"的摻入量為0.1~6.0 mol°/o (摩爾百分比)，且鈮 酸鋰晶體中含有比例為(0.93 1.41): 1的鋰離子LiK與鈮離子Nb"。優選地，所述摻錫鈮酸鋰晶體采用提拉法來制備。
由以上本發明提供的技術方案可見，本發明提供的一種摻錫鈮酸鋰晶 體，該摻錫鈮酸鋰晶體具有摻雜閾值低，抗光折變能力較強，且易于生長 等優點，從而可以完全取代高榜—美鈮酸鋰晶體的應用，具有巨大的市場前 景和重大的生產實踐意義。
具體實施例方式
為了使本技術領域的人員更好地理解本發明方案，下面結合附圖
和實 施方式對本發明作進一步的詳細說明。
本發明提供了 一種摻錫鈮酸鋰晶體，在鈮酸鋰晶體中摻入有錫離子
Sn4+，所述錫離子Sn"的摻入量為0.1~6.0mol% (摩爾百分比)，且鈮酸鋰 晶體中含有比例為(0.93-1.41): 1的鋰離子Li"與鈮離子N^+。
本發明提供的制^#錫鈮酸鋰晶體的方法為采用提拉法，制備本發明 的上述4參錫鈮酸鋰晶體的具體實施例如下
實施例1:
(1)稱取0.1mol。/。的二氧化錫Sn02和比例為1.41: 1的碳酸鋰和五 氧化二鈮(W[Li2C03]/[Nb205] = 1.41)的料。在150。C下恒溫2小時將粉 料烘干，然后在混料機上充分混合24小時，在850。C恒溫2小時，使Li2C03 充分分解，在1100。C煅燒12小時成雙摻雜鈮酸鋰粉料。(2)將該粉料 壓實，放于白金坩堝內，用中頻爐加熱，用丘克拉斯基(Czochralski)提 拉法沿c軸方向按拉脖、放肩、等徑、收尾等過程生長單摻鈮酸鋰晶體， 拉速0.4mm/h (毫米/小時)，轉速18rpm (轉/分鐘)，氣液溫差30°C，熔 體內溫度梯度1.5°C/mm (度/毫米)，熔體上方溫梯為1.0°C/mm。 (3)生 長后的晶體在1150°C單疇化、退火，經定向、切割、磨拋等工序，可得 摻錫為lmol。/。的鈮酸鋰晶體。通過光斑畸變觀測到晶體在光強為1.7x102 W/cm2 (瓦/每平方厘米)的強光照射下沒有光損傷產生。而通過全息記錄 得到晶體在高功率激光照射下，晶體折射率的變化僅為4.34xl(T5。
實施例2:
(1)稱取0.5mol。/。的二氧化錫Sn02和比例為1.40: 1的碳酸鋰和五 氧化二鈮(即[Li2C03]/[Nb205] = 1.40 )的料。在150。C下恒溫2小時將粉料烘干，然后在混料機上充分混合24小時，在850°C恒溫2小時，使Li2C03 充分分解，在1100。C煅燒12小時成雙摻雜鈮酸鋰粉料。(2)將該粉料壓 實，放于白金坩堝內，用中頻爐加熱，用丘克拉斯基(Czochralski)提拉 法沿c軸方向按拉脖、放肩、等徑、收尾等過程生長單摻鈮酸鋰晶體,拉 速0.4mm/h,轉速18rpm,氣液溫差30°C，熔體內溫度梯度1.5°C/mm,熔 體上方溫梯為1.0。C/mm。 (3)生長后的晶體在1150。C單疇化、退火，經 定向、切割、磨拋等工序，可得摻錫為lmol。/。的鈮酸鋰晶體。通過光斑畸 變觀測到晶體在光強為4.0x105 W/cn^的強光照射下沒有光損傷產生。而 通過全息記錄得到晶體在高功率激光照射下，晶體折射率的變化僅為 7.34xl(T6。 實施例3:
(1 )稱取lmol。/。的二氧化錫Sn02和比例為0.94: 1的碳酸鋰和五氧 化二鈮(W[Li2C03]/[Nb205] = 0.94 )的料。在150。C下恒溫2小時將粉料 烘干，然后在混料機上充分混合24小時，在850。C恒溫2小時，使Li2C03 充分分解，在1200°C煅燒12小時成雙摻雜鈮酸鋰粉料。(2)將該粉料 壓實，放于白金坩堝內，用中頻爐加熱，用丘克拉斯基(Czochralski)提 拉法沿c軸方向按拉脖、放肩、等徑、收尾等過程生長單摻鈮酸鋰晶體， 拉速lmm/h,轉速14rpm，氣液溫差30。C，熔體內溫度梯度1.5°C/mm， '熔體上方溫梯為1.0°C/mm。 (3)生長后的晶體在1200°C單疇化、退火， 經定向、切割、磨拋等工序，可得摻錫為lmol。/。的鈮酸鋰晶體。通過光斑 畸變觀測到晶體在光強為6.0x102 W/cii^的強光照射下沒有光損傷產生。 而通過全息記錄得到晶體在高功率激光照射下，晶體折射率的變化僅為 2.34xl0-5。
實施例4:
(1)稱取2mol。/。的二氧化錫Sn02和比例為1: 1的碳酸鋰和五氧化 二鈮(即[Li2C03]/[Nb20s] ) = 1.00的料。在150。C下恒溫2小時將粉料烘 干，然后在混料機上充分混合24小時，在850。C恒溫2小時，使Li2C03 充分分解，在1100。C煅燒12小時成雙摻雜鈮酸鋰粉料。(2)將該粉料壓 實，放于白金坩堝內，用中頻爐加熱，提拉法(Czochralski)沿c軸方向 按拉脖、放肩、等徑、收尾等過程生長單摻鈮酸鋰晶體，拉速lmm/h,轉速14rpm，氣液溫差30。C,熔體內溫度梯度1.5。C/mm，熔體上方溫梯為 1.0。C/mm。 (3)生長后的晶體在1150。C單疇化、退火，經定向、切割、 磨拋等工序，可得摻錫為lmol。/。的鈮酸鋰晶體。通過光斑畸變觀測到晶體 在光強為8.3xl(^W/cii^的強光照射下沒有光損傷產生。而通過全息記錄得 到晶體在高功率激光照射下，晶體折射率的變化僅為l.Olxl(T5。 實施例5:
(1)稱取2.5mol。/。的二氧化錫Sn02和比例為0.94: 1的碳酸鋰和五 氧化二鈮(W[Li2C03]/[Nb205] = 0.94 )的料。在150。C下恒溫2小時將粉 料烘干，然后在混料機上充分混合24小時，在850°C恒溫2小時，使Li2C03 充分分解，在1200。C煅燒12小時成雙摻雜鈮酸鋰粉料。(2)將該粉料壓 實，放于白金坩堝內，用中頻爐加熱，用丘克拉斯基(Czochralski)提拉 法沿c軸方向按拉脖、放肩、等徑、收尾等過程生長單摻鈮酸鋰晶體，拉 速lmm/h，轉速14rpm，氣液溫差30。C，熔體內溫度梯度1.5°C/mm，熔 體上方溫梯為1.0。C/mm。 (3)生長后的晶體在1200。C單疇化、退火，經 定向、切割、磨拋等工序，可得摻錫為lmol。/。的鈮酸鋰晶體。通過光斑畸 變觀測到晶體在光強為2.77xl()Sw/cm2的強光照射下沒有光損傷產生。而 通過全息記錄得到晶體在高功率激光照射下，晶體折射率的變化僅為 5急10-6。
實施例6:
(1 )稱取2mol。/。的二氧化錫Sn02和比例為1.20: 1的碳酸鋰和五氧 化二鈮(即[Li2C03]/[Nb20s] = 1.20 )的料。在150。C下恒溫2小時將粉料 烘干，然后在混料機上充分混合24小時，在850。C恒溫2小時，使Li2C03 充分分解，在1100。C煅燒12小時成雙摻雜鈮酸鋰粉料。(2)將該粉料壓 實，放于白金坩堝內，用中頻爐加熱，用丘克拉斯基(Czochralski)提拉 法沿c軸方向按拉脖、放肩、等徑、收尾等過程生長單摻鈮酸鋰晶體，拉 速lmm/h,轉速14rpm，氣液溫差30。C，熔體內溫度梯度1.5°C/mm,熔 體上方溫梯為1.0。C/mm。 (3)生長后的晶體在1150。C單疇化、退火，經 定向、切割、磨拋等工序，可得摻錫為lmol。/。的鈮酸鋰晶體。通過光斑畸 變觀測到晶體在光強為5.77xl()SW/cn^的強光照射下沒有光損傷產生。而 通過全息記錄得到晶體在高功率激光照射下，晶體折射率的變化僅為9.71xl(T。
實施例7:
(1 )稱取6mol。/。的二氧化錫Sn02和比例為0.93: 1的碳酸鋰和五氧 化二鈮(即[Li2C03]/[Nb205] = 0.93 )的料。在150。C下恒溫2小時將粉料 烘干，然后在混料機上充分混合24小時，在850。C恒溫2小時，使Li2C03 充分分解，在1200。C煅燒12小時成雙摻雜鈮酸鋰粉料。(2)將該粉料 壓實，放于白金坩堝內，用中頻爐加熱，用丘克拉斯基(Czochralski)提 拉法沿c軸方向按拉脖、放肩、等徑、收尾等過程生長單摻鈮酸鋰晶體， 拉速lmm/h，轉速14rpm,氣液溫差30°C,熔體內溫度梯度1.5°C/mm, 熔體上方溫梯為1.0。C/mm。 (3)生長后的晶體在1200°C單疇化、退火， 經定向、切割、磨拋等工序，可得摻錫為lmol。/。的鈮酸鋰晶體。通過光斑 畸變觀測到晶體在光強為5.74x105 W/cm2的強光照射下沒有光損傷產生。 而通過全息記錄得到晶體在高功率激光照射下，晶體折射率的變化僅為 9.42xl(T6。
通過以上七個實施例，可以證明本發明提供的摻錫鈮酸鋰晶體具有摻 雜閾值低，抗光折變能力較強，且易于生長等優點。由于本發明的摻錫鈮 酸鋰晶體的閾值濃度在2.5mol。/。左右，閾值低，所要摻入的雜質少，并且 在此摻雜濃度下，錫離子的分凝系數僅為0.98，易于生長高品質的晶體。 摻錫鈮酸鋰晶體在摻雜濃度達到閾值濃度2.5mol。/。后，晶體在光強為 5x 105W/cm2的強光照射下沒有光損傷產生，其抗光折變能力比同成份鈮酸 鋰晶體提高了 4個量級，比同成分摻鎂(4.6mol%)鈮酸鋰晶體提高了 1 個量級。因此，本發明提供的摻錫鈮酸鋰晶體作為一種摻雜閾值低、抗光 折變能力強、且易于生長的光學材料，可以完全取代高核4美鈮酸鋰晶體的 應用，具有巨大的市場前景和重大的生產實踐意義。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的 普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進 和潤飾，這些改進和潤飾也應一見為本發明的保護范圍。
權利要求
1、一種摻錫鈮酸鋰晶體，其特征在于，在鈮酸鋰晶體中摻入有錫離子Sn4+，所述錫離子Sn4+的摻入量為0.1～6.0mol％(摩爾百分比)，且鈮酸鋰晶體中含有比例為(0.93～1.41)∶1的鋰離子Li1+與鈮離子Nb3+。
2、 如權利要求1所述的摻錫鈮酸鋰晶體，其特征在于，所述摻錫鈮酸鋰晶體釆用提拉法來制備。
全文摘要
本發明公開了一種摻錫鈮酸鋰晶體，在鈮酸鋰晶體中摻入有錫離子Sn⁴⁺，所述錫離子Sn⁴⁺的摻入量為0.1～6.0mol％(摩爾百分比)，且鈮酸鋰晶體中含有比例為(0.93～1.41)∶1的鋰離子Li¹⁺與鈮離子Nb³⁺。本發明公開的摻錫鈮酸鋰晶體具有摻雜閾值低，抗光折變能力較強，且易于生長等優點。本發明的摻錫鈮酸鋰晶體的抗光折變能力比同成份鈮酸鋰晶體提高了4個量級，比同成分摻鎂鈮酸鋰晶體提高了1個量級，因此其作為一種摻雜閾值低、抗光折變能力強、且易于生長的光學材料，可以完全取代高摻鎂鈮酸鋰晶體的應用，具有巨大的市場前景和重大的生產實踐意義。
文檔編號C30B29/10GK101550598SQ200910068819
公開日2009年10月7日 申請日期2009年5月13日 優先權日2009年5月13日
發明者劉士國, 孔勇發, 玲 張, 王利忠, 許京軍, 陳紹林, 黃自恒 申請人:南開大學