掺锡铌酸锂晶体的制作方法

专利名称：掺锡铌酸锂晶体的制作方法
技术领域：
本发明涉及非线性光学晶体技术领域，特别是涉及一种掺锡铌酸锂晶体。
背景技术：
铌酸锂(LiNbC)3)晶体是一种多功能、多用途的光电材料。铌酸锂晶 体的一个重要特性是光折变，它一方面开拓了晶体在全息存储、光放大等 方面的应用，但同时也限制了它在频率转换、Q开关、参量振荡、光波导 等方面的应用。
目前，在铌酸锂晶体中掺入某些杂质离子是提高铌酸锂晶体抗光折变 能力的一种有效手段，所掺入的离子例如有镁离子Mg"、锌离子Zn"、 钪离子Sc"、铟离子In"、铪离子H产等，其中应用最为广泛的是在铌酸 锂晶体中掺入Mg2、形成掺镁铌酸锂晶体。
但是，掺镁铌酸锂晶体在有些方面存在明显的不足，具体为掺杂阈 值浓度高、有效分凝系数不等于l、 4M,生长出高光学品质的晶体。
因此，目前迫切需要寻找新的抗光折变掺杂离子来形成新型铌酸锂晶 体，让其具有掺杂阈值低，抗光折变能力较强，且易于生长等优点。

发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种掺锡铌酸锂晶体，该掺锡铌酸锂 晶体具有掺杂阈值低，抗光折变能力较强，且易于生长等优点，从而可以 完全取代高揭一美铌酸锂晶体的应用，具有巨大的市场前景和重大的生产实 践意义。
为此，本发明提供了一种掺锡铌酸锂晶体，在铌酸锂晶体中掺入有锡 离子Sn4+,所述锡离子Sn"的掺入量为0.1~6.0 mol°/o (摩尔百分比)，且铌 酸锂晶体中含有比例为(0.93 1.41): 1的锂离子LiK与铌离子Nb"。优选地，所述掺锡铌酸锂晶体采用提拉法来制备。
由以上本发明提供的技术方案可见，本发明提供的一种掺锡铌酸锂晶 体，该摻锡铌酸锂晶体具有掺杂阈值低，抗光折变能力较强，且易于生长 等优点，从而可以完全取代高榜—美铌酸锂晶体的应用，具有巨大的市场前 景和重大的生产实践意义。
具体实施例方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图
和实 施方式对本发明作进一步的详细说明。
本发明提供了 一种掺锡铌酸锂晶体，在铌酸锂晶体中掺入有锡离子
Sn4+，所述锡离子Sn"的掺入量为0.1~6.0mol% (摩尔百分比)，且铌酸锂 晶体中含有比例为(0.93-1.41): 1的锂离子Li"与铌离子N^+。
本发明提供的制^#锡铌酸锂晶体的方法为采用提拉法，制备本发明 的上述4参锡铌酸锂晶体的具体实施例如下
实施例1:
(1)称取0.1mol。/。的二氧化锡Sn02和比例为1.41: 1的碳酸锂和五 氧化二铌(W[Li2C03]/[Nb205] = 1.41)的料。在150。C下恒温2小时将粉 料烘干，然后在混料机上充分混合24小时，在850。C恒温2小时，使Li2C03 充分分解，在1100。C煅烧12小时成双掺杂铌酸锂粉料。(2)将该粉料 压实，放于白金坩埚内，用中频炉加热，用丘克拉斯基(Czochralski)提 拉法沿c轴方向按拉脖、放肩、等径、收尾等过程生长单掺铌酸锂晶体， 拉速0.4mm/h (毫米/小时)，转速18rpm (转/分钟)，气液温差30°C，熔 体内温度梯度1.5°C/mm (度/毫米)，熔体上方温梯为1.0°C/mm。 (3)生 长后的晶体在1150°C单畴化、退火，经定向、切割、磨抛等工序，可得 掺锡为lmol。/。的铌酸锂晶体。通过光斑畸变观测到晶体在光强为1.7x102 W/cm2 (瓦/每平方厘米)的强光照射下没有光损伤产生。而通过全息记录 得到晶体在高功率激光照射下，晶体折射率的变化仅为4.34xl(T5。
实施例2:
(1)称取0.5mol。/。的二氧化锡Sn02和比例为1.40: 1的碳酸锂和五 氧化二铌(即[Li2C03]/[Nb205] = 1.40 )的料。在150。C下恒温2小时将粉料烘干，然后在混料机上充分混合24小时，在850°C恒温2小时，使Li2C03 充分分解，在1100。C煅烧12小时成双掺杂铌酸锂粉料。(2)将该粉料压 实，放于白金坩埚内，用中频炉加热，用丘克拉斯基(Czochralski)提拉 法沿c轴方向按拉脖、放肩、等径、收尾等过程生长单掺铌酸锂晶体,拉 速0.4mm/h,转速18rpm,气液温差30°C，熔体内温度梯度1.5°C/mm,熔 体上方温梯为1.0。C/mm。 (3)生长后的晶体在1150。C单畴化、退火，经 定向、切割、磨抛等工序，可得掺锡为lmol。/。的铌酸锂晶体。通过光斑畸 变观测到晶体在光强为4.0x105 W/cn^的强光照射下没有光损伤产生。而 通过全息记录得到晶体在高功率激光照射下，晶体折射率的变化仅为 7.34xl(T6。 实施例3:
(1 )称取lmol。/。的二氧化锡Sn02和比例为0.94: 1的碳酸锂和五氧 化二铌(W[Li2C03]/[Nb205] = 0.94 )的料。在150。C下恒温2小时将粉料 烘干，然后在混料机上充分混合24小时，在850。C恒温2小时，使Li2C03 充分分解，在1200°C煅烧12小时成双掺杂铌酸锂粉料。(2)将该粉料 压实，放于白金坩埚内，用中频炉加热，用丘克拉斯基(Czochralski)提 拉法沿c轴方向按拉脖、放肩、等径、收尾等过程生长单掺铌酸锂晶体， 拉速lmm/h,转速14rpm，气液温差30。C，熔体内温度梯度1.5°C/mm， '熔体上方温梯为1.0°C/mm。 (3)生长后的晶体在1200°C单畴化、退火， 经定向、切割、磨抛等工序，可得掺锡为lmol。/。的铌酸锂晶体。通过光斑 畸变观测到晶体在光强为6.0x102 W/cii^的强光照射下没有光损伤产生。 而通过全息记录得到晶体在高功率激光照射下，晶体折射率的变化仅为 2.34xl0-5。
实施例4:
(1)称取2mol。/。的二氧化锡Sn02和比例为1: 1的碳酸锂和五氧化 二铌(即[Li2C03]/[Nb20s] ) = 1.00的料。在150。C下恒温2小时将粉料烘 干，然后在混料机上充分混合24小时，在850。C恒温2小时，使Li2C03 充分分解，在1100。C煅烧12小时成双掺杂铌酸锂粉料。(2)将该粉料压 实，放于白金坩埚内，用中频炉加热，提拉法(Czochralski)沿c轴方向 按拉脖、放肩、等径、收尾等过程生长单掺铌酸锂晶体，拉速lmm/h,转速14rpm，气液温差30。C,熔体内温度梯度1.5。C/mm，熔体上方温梯为 1.0。C/mm。 (3)生长后的晶体在1150。C单畴化、退火，经定向、切割、 磨抛等工序，可得掺锡为lmol。/。的铌酸锂晶体。通过光斑畸变观测到晶体 在光强为8.3xl(^W/cii^的强光照射下没有光损伤产生。而通过全息记录得 到晶体在高功率激光照射下，晶体折射率的变化仅为l.Olxl(T5。 实施例5:
(1)称取2.5mol。/。的二氧化锡Sn02和比例为0.94: 1的碳酸锂和五 氧化二铌(W[Li2C03]/[Nb205] = 0.94 )的料。在150。C下恒温2小时将粉 料烘干，然后在混料机上充分混合24小时，在850°C恒温2小时，使Li2C03 充分分解，在1200。C煅烧12小时成双掺杂铌酸锂粉料。(2)将该粉料压 实，放于白金坩埚内，用中频炉加热，用丘克拉斯基(Czochralski)提拉 法沿c轴方向按拉脖、放肩、等径、收尾等过程生长单掺铌酸锂晶体，拉 速lmm/h，转速14rpm，气液温差30。C，熔体内温度梯度1.5°C/mm，熔 体上方温梯为1.0。C/mm。 (3)生长后的晶体在1200。C单畴化、退火，经 定向、切割、磨抛等工序，可得掺锡为lmol。/。的铌酸锂晶体。通过光斑畸 变观测到晶体在光强为2.77xl()Sw/cm2的强光照射下没有光损伤产生。而 通过全息记录得到晶体在高功率激光照射下，晶体折射率的变化仅为 5急10-6。
实施例6:
(1 )称取2mol。/。的二氧化锡Sn02和比例为1.20: 1的碳酸锂和五氧 化二铌(即[Li2C03]/[Nb20s] = 1.20 )的料。在150。C下恒温2小时将粉料 烘干，然后在混料机上充分混合24小时，在850。C恒温2小时，使Li2C03 充分分解，在1100。C煅烧12小时成双掺杂铌酸锂粉料。(2)将该粉料压 实，放于白金坩埚内，用中频炉加热，用丘克拉斯基(Czochralski)提拉 法沿c轴方向按拉脖、放肩、等径、收尾等过程生长单掺铌酸锂晶体，拉 速lmm/h,转速14rpm，气液温差30。C，熔体内温度梯度1.5°C/mm,熔 体上方温梯为1.0。C/mm。 (3)生长后的晶体在1150。C单畴化、退火，经 定向、切割、磨抛等工序，可得掺锡为lmol。/。的铌酸锂晶体。通过光斑畸 变观测到晶体在光强为5.77xl()SW/cn^的强光照射下没有光损伤产生。而 通过全息记录得到晶体在高功率激光照射下，晶体折射率的变化仅为9.71xl(T。
实施例7:
(1 )称取6mol。/。的二氧化锡Sn02和比例为0.93: 1的碳酸锂和五氧 化二铌(即[Li2C03]/[Nb205] = 0.93 )的料。在150。C下恒温2小时将粉料 烘干，然后在混料机上充分混合24小时，在850。C恒温2小时，使Li2C03 充分分解，在1200。C煅烧12小时成双掺杂铌酸锂粉料。(2)将该粉料 压实，放于白金坩埚内，用中频炉加热，用丘克拉斯基(Czochralski)提 拉法沿c轴方向按拉脖、放肩、等径、收尾等过程生长单掺铌酸锂晶体， 拉速lmm/h，转速14rpm,气液温差30°C,熔体内温度梯度1.5°C/mm, 熔体上方温梯为1.0。C/mm。 (3)生长后的晶体在1200°C单畴化、退火， 经定向、切割、磨抛等工序，可得掺锡为lmol。/。的铌酸锂晶体。通过光斑 畸变观测到晶体在光强为5.74x105 W/cm2的强光照射下没有光损伤产生。 而通过全息记录得到晶体在高功率激光照射下，晶体折射率的变化仅为 9.42xl(T6。
通过以上七个实施例，可以证明本发明提供的掺锡铌酸锂晶体具有掺 杂阈值低，抗光折变能力较强，且易于生长等优点。由于本发明的掺锡铌 酸锂晶体的阈值浓度在2.5mol。/。左右，阈值低，所要掺入的杂质少，并且 在此掺杂浓度下，锡离子的分凝系数仅为0.98，易于生长高品质的晶体。 掺锡铌酸锂晶体在掺杂浓度达到阈值浓度2.5mol。/。后，晶体在光强为 5x 105W/cm2的强光照射下没有光损伤产生，其抗光折变能力比同成份铌酸 锂晶体提高了 4个量级，比同成分掺镁(4.6mol%)铌酸锂晶体提高了 1 个量级。因此，本发明提供的掺锡铌酸锂晶体作为一种掺杂阈值低、抗光 折变能力强、且易于生长的光学材料，可以完全取代高核4美铌酸锂晶体的 应用，具有巨大的市场前景和重大的生产实践意义。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的 普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进 和润饰，这些改进和润饰也应一见为本发明的保护范围。
权利要求
1、一种掺锡铌酸锂晶体，其特征在于，在铌酸锂晶体中掺入有锡离子Sn4+，所述锡离子Sn4+的掺入量为0.1～6.0mol％(摩尔百分比)，且铌酸锂晶体中含有比例为(0.93～1.41)∶1的锂离子Li1+与铌离子Nb3+。
2、 如权利要求1所述的掺锡铌酸锂晶体，其特征在于，所述掺锡铌酸锂晶体釆用提拉法来制备。
全文摘要
本发明公开了一种掺锡铌酸锂晶体，在铌酸锂晶体中掺入有锡离子Sn⁴⁺，所述锡离子Sn⁴⁺的掺入量为0.1～6.0mol％(摩尔百分比)，且铌酸锂晶体中含有比例为(0.93～1.41)∶1的锂离子Li¹⁺与铌离子Nb³⁺。本发明公开的掺锡铌酸锂晶体具有掺杂阈值低，抗光折变能力较强，且易于生长等优点。本发明的掺锡铌酸锂晶体的抗光折变能力比同成份铌酸锂晶体提高了4个量级，比同成分掺镁铌酸锂晶体提高了1个量级，因此其作为一种掺杂阈值低、抗光折变能力强、且易于生长的光学材料，可以完全取代高掺镁铌酸锂晶体的应用，具有巨大的市场前景和重大的生产实践意义。
文档编号C30B29/10GK101550598SQ200910068819
公开日2009年10月7日 申请日期2009年5月13日 优先权日2009年5月13日
发明者刘士国, 孔勇发, 玲 张, 王利忠, 许京军, 陈绍林, 黄自恒 申请人:南开大学