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。它要解決現有鈮酸鋰晶體不能做為激光晶體材料和鈮酸鋰晶體抗光損傷能力低的問題。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。
【專利說明】鉿鏑雙摻雜鈮酸鋰晶體及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于材料【技術領域】，具體涉及鉿鏑雙摻雜鈮酸鋰晶體及其制備方法。
【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，鈮酸鋰晶體(LiNbO3)以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。尤其是將稀土發光摻雜，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，稀土離子摻雜的鈮酸鋰晶體也越來越引起研究者們的密切關注。但鈮酸鋰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，鈮酸鋰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鈮酸鋰晶體不能做為激光晶體材料和鈮酸鋰晶體抗光損傷能力低的問題，而提供鉿鏑雙摻雜鈮酸鋰晶體及其制備方法。
[0005]鉿鏑雙摻雜鈮酸鋰晶體，它由Nb205、LiC03、Hf0dPDy203制成；其中所述LiCO3中的Li與Nb2O5中的Nb的摩爾比為0.946:1, Dy2O3的摻雜摩爾量占四種原料總摩爾量的0.5%，HfO2的摻雜摩爾量占四種原料總摩爾量的2%~8%。
[0006]上述鉿鏑雙摻雜鈮酸鋰晶體的制備方法，按以下步驟進行:
[0007]一、混合:稱取四種原料，分別為Nb205、LiC03、Hf02和Dy2O3，然后混合均勻，得到混合料；其中所述LiCO3中的Li與Nb2O5中的Nb的摩爾比為0.946:1, Dy2O3的摻雜摩爾量占四種原料總摩爾量的0.5%，HfO2的摻雜摩爾量占四種原料總摩爾量的2%~8% ；
[0008]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I~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 ；
[0009]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；
[0010]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 = LiNbO3晶體，即完成鉿鏑雙摻雜鈮酸鋰晶體的制備。
[0011]本發明中摻雜稀土離子Dy3+主要體現在光纖通信方面的應用，并利用鈮酸鋰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，可以研制出性能優良的光集成器件。而Hf4+的摻入則可以有效提升晶體的抗光損傷能力。
[0012]本發明的優點:
[0013]一、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；[0014]二、本發明Hf:Dy:LiNb03晶體的制備方法簡單，便于操作，晶體生長速度快；
[0015]三、本發明制備的Hf:Dy:LiNb03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。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。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為實施例中所得樣品Hf8晶體的形貌圖；
[0017]圖2為實施例中所得樣品Hf8晶體的晶片形貌圖；
[0018]圖3為實施例中所得樣品Hf2晶體的紫外可見吸收光譜圖；
[0019]圖4為實施例中所得樣品Hf4晶體的紫外可見吸收光譜圖；
[0020]圖5為實施例中所得樣品Hf6晶體的紫外可見吸收光譜圖；
[0021]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】[0022]本發明技術方案不局限于以下所列舉【具體實施方式】，還包括各【具體實施方式】間的任意組合。
[0023]【具體實施方式】一:本實施方式鉿鏑雙摻雜鈮酸鋰晶體，它由Nb205、LiC03、HfO2和Dy2O3制成；其中所述LiCO3中的Li與Nb2O5中的Nb的摩爾比為0.946: LDy2O3的摻雜摩爾量占四種原料總摩爾量的0.5%，HfO2的摻雜摩爾量占四種原料總摩爾量的2%~8%。
[0024]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是所述的Nb205、LiC03、HfO2和Dy2O3的純度均為99.99%。其它與【具體實施方式】一相同。
[0025]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二不同的是所述HfO2的摻雜摩爾量占四種原料總摩爾量的2%。其它與【具體實施方式】一或二相同。
[0026]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一至三之一不同的是所述HfO2的摻雜摩爾量占四種原料總摩爾量的4%。其它與【具體實施方式】一至三之一相同。
[0027]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一至四之一不同的是所述HfO2的摻雜摩爾量占四種原料總摩爾量的6%。其它與【具體實施方式】一至四之一相同。
[0028]【具體實施方式】六:本實施方式與【具體實施方式】一至四之一不同的是所述HfO2的摻雜摩爾量占四種原料總摩爾量的8%。其它與【具體實施方式】一至四之一相同。
[0029]【具體實施方式】七:本實施方式制備鉿鏑雙摻雜鈮酸鋰晶體的方法，按以下步驟進行:
[0030]一、混合:稱取四種原料，分別為Nb205、LiC03、Hf02和Dy2O3，然后混合均勻，得到混合料；其中所述LiCO3中的Li與Nb2O5中的Nb的摩爾比為0.946:1, Dy2O3的摻雜摩爾量占四種原料總摩爾量的0.5%，HfO2的摻雜摩爾量占四種原料總摩爾量的2%~8% ；
[0031]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I~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 ；[0032]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；
[0033]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 = LiNbO3晶體，即完成鉿鏑雙摻雜鈮酸鋰晶體的制備。
[0034]本實施方式中所述的Nb205、LiC03、HfO2和Dy2O3的純度均為99.99%。
[0035]【具體實施方式】八:本實施方式與【具體實施方式】七不同的是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。其它步驟及參數與【具體實施方式】七相同。
[0036]【具體實施方式】九:本實施方式與【具體實施方式】七或八不同的是步驟二中所述提拉法的提拉速度為1.0mm/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】七或八相同。
[0037]【具體實施方式】十:本實施方式與【具體實施方式】七至九之一不同的是步驟三中多疇晶體置于溫度為1190°C，電流密度為5mA/cm2的條件下極化30min。其它與【具體實施方式】七至九之一相同。
[0038]采用以下實施例驗證本發明的有益效果:
[0039]實施例:
[0040]制備鉿鏑雙摻雜鈮酸鋰晶體的方法，按以下步驟進行:
[0041]一、混合:稱取四種原料，分別為Nb205、LiC03、Hf02和Dy2O3，然后混合均勻，得到混合料；其中所述LiCO3中的Li與Nb2O5中的Nb的摩爾比為0.946:1, Dy2O3的摻雜摩爾量占四種原料總摩爾量的0.5%，HfO2的摻雜摩爾量占四種原料總摩爾量的2%~8% ；
`[0042]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730°C下燒結4h，再升溫至1180°C繼續燒結lh，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1.2mm/h，軸向溫度梯度為37°C /cm，旋轉速度為13r/min ；
[0043]三、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；
[0044]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 = LiNbO3晶體，即完成鉿鏑雙摻雜鈮酸鋰晶體的制備。
[0045]本實施例中所述的Nb205、LiC03、HfO2和Dy2O3的純度均為99.99%。
[0046]本實施例中HfO2的摻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Hf2，Hf4，Hf6和Hf8 ；
[0047]本實施例所得樣品HfS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。
[0048]本實施例所得樣品Hf8的晶體的晶片形貌如圖2所示。
[0049]本實施例所得樣品Hf2，Hf4，Hf6和Hf8，其晶體均按照IOmmX IOmmX 2.5mm (Z X XX Y)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，可以看出 Hf:Dy:LiNb03 晶體在 428nm、452nm、472nm、756nm、806nm、907nm、1116nm、1290nm和1663nm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摻雜濃度的提高，Dy3+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。[0050]本實施例所得樣品Hf2，Hf4，Hf6和Hf8采用光致散射閾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。
[0051]表1Hf:Dy = LiNbO3晶體的光散射曝光能量流閾值
[0052]
【權利要求】
1.鉿鏑雙摻雜鈮酸鋰晶體，其特征在于它由Nb205、LiC03、Hf02和Dy2O3制成；其中所述LiCO3中的Li與Nb2O5中的Nb的摩爾比為0.946: LDy2O3的摻雜摩爾量占四種原料總摩爾量的0.5%，HfO2的摻雜摩爾量占四種原料總摩爾量的2%~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、Hf02和Dy2O3的純度均為99.99%。
3.根據權利要求1或2所述的鉿鏑雙摻雜鈮酸鋰晶體，其特征在于所述HfO2的摻雜摩爾量占四種原料總摩爾量的2%。
4.根據權利要求3所述的鉿鏑雙摻雜鈮酸鋰晶體，其特征在于所述HfO2的摻雜摩爾量占四種原料總摩爾量的4%。
5.根據權利要求4所述的鉿鏑雙摻雜鈮酸鋰晶體，其特征在于所述HfO2的摻雜摩爾量占四種原料總摩爾量的6%。
6.根據權利要求5所述的鉿鏑雙摻雜鈮酸鋰晶體，其特征在于所述HfO2的摻雜摩爾量占四種原料總摩爾量的8%。
7.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Nb205、LiC03、HfO2和Dy2O3，然后混合均勻，得到混合料；其中所述LiCO3中的Li與Nb2O5中的Nb的摩爾比為0.946:1, Dy2O3的摻雜摩爾量占四種原料總摩爾量的0.5%，HfO2的摻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坩鍋中，然后在710~740V下燒結2~6h，再升溫至1160~1180°C繼續燒結I~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 = LiNbO3晶體，即完成鉿鏑雙摻雜鈮酸鋰晶體的制備。
8.根據權利要求7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。
9.根據權利要求8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1.0mm/h,軸向溫度梯度為38°C /cm,旋轉速度為13r/min。
10.根據權利要求9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/cm2的條件下極化30min。
【文檔編號】C30B29/30GK103696010SQ201310750340
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月31日 優先權日:2013年12月31日
【發明者】代麗, 焦珊珊, 趙麗麗, 李大勇, 林家齊, 代明, 徐超 申請人:哈爾濱理工大學