专利名称：高稳定电光q开关铌酸锂晶体及其制备方法
技术领域：
本发明涉及铌酸锂晶体或者掺杂的铌酸锂晶体，具体涉及高稳定电光Q开关铌酸锂晶体及其制备方法。
背景技术：
铌酸锂单晶是一种良好的光电子材料，属于三方晶系，3m点群，适合制作光的各种控制耦合和传输器件，如光隔离、放大、波导、调制等器件，在滤波器、电光开关、光波导、频率转换、全息光存储等方面，具有十分广泛的应用前景，对铌酸锂晶体的研究一直是晶体研究的热点之一。
一般条件下生长出的LiNbO3晶体为同成分LiNbO3晶体，组分偏离化学计量比，晶体的[Li]/[Nb]摩尔比约为48.6/51.4。由于严重缺Li，晶体中形成了大量的本征缺陷，这对LiNbO3晶体的诸多性能造成了较大的影响。如光学损伤阈值低，电光系数随温度变化大等，使LiNbO3晶体的应用受到很大限制。在用作电光Q开关时，同成分LiNbO3晶体，在室温下可以用于Q开关，但在高、低温宽温度范围难以关严，出现漏光，不能充分满足使用。
与同成分铌酸锂晶体相比，富锂条件下所生长的铌酸锂晶体不仅具有较好的光学质量，其光损伤域值、非线性光学系数等也都有较大的提高。
虽然近年来化学计量比的LiNbO3晶体研究取得了较大的进展，但现有的生长化学计量比铌酸锂晶体技术，有明显缺点(1)采用双坩埚法设备复杂，生长的晶体质量不稳定；(2)气象交换平衡技术只适用于制备薄片状样品，很难获得大块状晶体；(3)K2O助熔剂法生长速度慢，难以获得大尺寸优质单晶；而且仍未见到化学计量比铌酸锂晶体作为高稳定电光Q开关的报道。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供高稳定电光Q开关铌酸锂晶体及其制备方法。
本发明的高稳定电光Q开关铌酸锂晶体，原料摩尔比为[Li2CO3]/[Nb2O5]＝48～58∶42～50，在熔融状态下，利用提拉法生长。
上述高稳定电光Q开关铌酸锂晶体，还掺杂了钙、钡、锶、锌、铟、铁、钴、铜、锰、铈、镱、铬、钕或铒的氧化物中的一种或几种；掺杂量为CaO、BaO、SrO或ZnO0～5mol.％，In2O30～2.5mol.％，Fe2O3、CoO、CuO、Mn2O3、Ce2O3、Yb2O3、Cr2O3、Er2O3或Nd2O30～1mol.％。
上述高稳定电光Q开关铌酸锂晶体，原料摩尔比为[Li2CO3]/[Nb2O5]＝50～58∶42～50。
上述高稳定电光Q开关铌酸锂晶体，掺杂时的原料摩尔比为[Li2CO3]/[Nb2O5]＝48～58∶42～48。
上述高稳定电光Q开关铌酸锂晶体，在环境温度-40℃和50℃的条件下及温度变化情况下，晶体的椭圆度系数、对比度系数及电光系数均不发生明显变化，其电光Q开关具有良好的温度稳定性。
高稳定电光Q开关铌酸锂晶体的制备方法是通过添加过量的Li2CO3提高晶体的锂铌比，在熔融状态下，利用提拉法生长。
将原料在混料机上充分混合，在800～950℃恒温2～5小时，使碳酸锂充分分解，在1000～1150℃煅烧2～8小时成铌酸锂粉料；将该粉料压实，放于白金坩埚内，采用提拉法按收颈、放肩、等颈、收尾等过程生长晶体，拉速0.01～2mm，转速10～20rpm，气液温差15～25℃，熔体内温度梯度为1.0～2.5℃/mm，熔体上方温度梯度为0.5～2.0℃/mm；生长后的晶体在1130～1210℃单畴化、退火，可得高质量掺杂铌酸锂晶体。
具体制备步骤是(一)高稳定电光Q开关铌酸锂晶体按[Li2CO3]/[Nb2O5]＝50～58∶42～50的比例混料，在混料机上充分混合，在800～950℃恒温2～5小时，使碳酸锂充分分解，在1000～1150℃煅烧2～8小时成铌酸锂粉料；将该粉料压实，放于白金坩埚内，采用提拉法按收颈、放肩、等颈、收尾等过程生长晶体，拉速0.01～2mm，转速10～20rpm，气液温差15～25℃，熔体内温度梯度为1.0～2.5℃/mm，熔体上方温度梯度为0.5～2.0℃/mm；生长后的晶体在1130～1210℃单畴化、退火，可得高稳定电光Q开关铌酸锂晶体。
(二)高质量掺质铌酸锂晶体按[Li2CO3]/[Nb2O5]＝48～58∶42～48的比例混料，掺入所需物质，如CaO、BaO、SrO或ZnO 0～5mol.％，In2O30～2.5mol.％，Fe2O3、CoO、CuO、Mn2O3、Ce2O3、Yb2O3、Cr2O3、Er2O3或Nd2O30～3mol.％。的一种或一种以上，在混料机上充分混合，在800～950℃恒温2～5小时，使碳酸锂充分分解，在1000～1150℃煅烧2～8小时成铌酸锂粉料；将该粉料压实，放于白金坩埚内，采用提拉法按收颈、放肩、等颈、收尾等过程生长晶体，拉速0.01～2mm，转速10～20rpm，气液温差15～25℃，熔体内温度梯度为1.0～2.5℃/mm，熔体上方温度梯度为0.5～2.0℃/mm；生长后的晶体在1150～1210℃单畴化、退火，可得高质量掺质铌酸锂晶体。
本发明的优良效果如下1、与同成分铌酸锂晶体电光Q开关相比较，该晶体所制作的电光Q开关具有良好的温度稳定性，即在环境温度-40℃和50℃的条件下及温度变化情况下，晶体的椭圆度系数、对比度系数及电光系数均不发生明显变化，在-40℃～50℃的温度区间均能实现稳定开关。
2、本发明晶体之一的居里温度为1178℃，晶体样品(Z向，5×5×10mm)的半波电压(沿X方向加电压)为4060V；同成分晶体样品(Z向，5×5×10mm)的居里温度和半波电压(沿X方向加电压)分别为1142℃和3400V。
3、本发明晶体生长与化学计量比铌酸锂晶体相比较，易于得到大块优质单晶体。
具体实施例方式
实施例1按[Li2CO3]/[Nb2O5]＝53∶47的比例混料，在混料机上充分混合，在850℃恒温5小时，使碳酸锂充分分解，在1050℃煅烧8小时成铌酸锂粉料；将该粉料压实，放于白金坩埚内，采用提拉法按收颈、放肩、等颈、收尾等过程生长晶体，拉速1mm，转速15rpm，气液温差20℃，熔体内温度梯度为1.8℃/mm，熔体上方温度梯度为2.0℃/mm；生长后的晶体在1160℃单畴化、退火，可得高质量铌酸锂晶体。
实施例2按[Li2CO3]/[Nb2O5]＝52.5∶46的比例混料，掺入CaO 1.5mol.％，在混料机上充分混合，在900℃恒温3小时，使碳酸锂充分分解，在1100℃煅烧6小时成铌酸锂粉料；将该粉料压实，放于白金坩埚内，采用提拉法按收颈、放肩、等颈、收尾等过程生长晶体，拉速0.8mm，转速16rpm，气液温差15℃，熔体内温度梯度为1.5℃/mm，熔体上方温度梯度为2.0℃/mm；生长后的晶体在1180℃单畴化、退火，可得高质量掺杂铌酸锂晶体。
实施例3按[Li2CO3]/[Nb2O5]＝52∶49的比例混料，掺入Fe2O33mol.％，在混料机上充分混合，在900℃恒温5小时，使碳酸锂充分分解，在1120℃煅烧8小时成铌酸锂粉料；将该粉料压实，放于白金坩埚内，采用提拉法按收颈、放肩、等颈、收尾等过程生长晶体，拉速0.5mm，转速15rpm，气液温差20℃，熔体内温度梯度为1.8℃/mm，熔体上方温度梯度为2.0℃/mm；生长后的晶体在1185℃单畴化、退火，可得高质量掺杂铌酸锂晶体。
实施例4按[Li2CO3]/[Nb2O5]＝52∶46的比例混料，掺入In2O32mol.％，在混料机上充分混合，在900℃恒温5小时，使碳酸锂充分分解，在1120℃煅烧8小时成铌酸锂粉料；将该粉料压实，放于白金坩埚内，采用提拉法按收颈、放肩、等颈、收尾等过程生长晶体，拉速0.8mm，转速16rpm，气液温差22℃，熔体内温度梯度为2.5℃/mm，熔体上方温度梯度为2.0℃/mm；生长后的晶体在1185℃单畴化、退火，可得高质量掺杂铌酸锂晶体。
实施例5按[Li2CO3]/[Nb2O5]＝51∶46的比例混料，掺入Cr2O33mol.％，在混料机上充分混合，在920℃恒温5小时，使碳酸锂充分分解，在1100℃煅烧6小时成铌酸锂粉料；将该粉料压实，放于白金坩埚内，采用提拉法按收颈、放肩、等颈、收尾等过程生长晶体，拉速0.8mm，转速16rpm，气液温差20℃，熔体内温度梯度为1.8℃/mm，熔体上方温度梯度为1.6℃/mm；生长后的晶体在1190℃单畴化、退火，可得高质量掺杂铌酸锂晶体。
实施例6如实施例2所述，所不同的是掺入BaO 1mol.％和SrO 0.5mol.％。
实施例7如实施例3所述，所不同的是掺入Ce2O31mol.％和Yb2O32mol.％。
实施例8如实施例4所述，所不同的是掺入Nd2O32mol.％。
实施例9如实施例4所述，所不同的是掺入In2O31mol.％和Nd2O31mol.％。
实施例10如实施例4所述，所不同的是掺入CoO 2mol.％。
实施例11如实施例4所述，所不同的是掺入Cr2O31mol.％和CoO 1mol.％。
实施例12如实施例5所述，所不同的是掺入CuO 3mol.％。
实施例13如实施例5所述，所不同的是掺入CuO 2mol.％和Fe2O31mol.％。
实施例14如实施例5所述，所不同的是掺入Mn2O33mol.％。
实施例15如实施例5所述，所不同的是掺入Mn2O32mol.％和Fe2O31mol.％。
权利要求
1.高稳定电光Q开关铌酸锂晶体，其特征在于原料摩尔比为[Li2CO3]/[Nb2O5]＝48～58∶42～50，在熔融状态下，利用提拉法生长。
2.如权利要求1所述的高稳定电光Q开关铌酸锂晶体，其特征在于掺杂了钙、钡、锶、锌、铟、铁、钴、铜、锰、铈、镱、铬、钕或铒的氧化物中的一种或几种；掺杂量为CaO、BaO、SrO或ZnO 0～5mol.％，In2O30～2.5mol.％，Fe2O3、CoO、CuO、Mn2O3、Ce2O3、Yb2O3、Cr2O3、Er2O3或Nd2O30～1mol.％。
3.如权利要求1所述的高稳定电光Q开关铌酸锂晶体，其特征在于原料摩尔比为[Li2CO3]/[Nb2O5]＝50～58∶42～50。
4.如权利要求1所述的高稳定电光Q开关铌酸锂晶体，其特征在于有掺杂时的原料摩尔比为[Li2CO3]/[Nb2O5]＝48～58∶42～48。
5.如权利要求1所述的高稳定电光Q开关铌酸锂晶体，其特征在于在环境温度-40℃和50℃的条件下及温度变化情况下，晶体的椭圆度系数、对比度系数及电光系数均不发生明显变化，其电光Q开关具有良好的温度稳定性。
6.权利要求1所述的高稳定电光Q开关铌酸锂晶体的制备方法，其特征在于，步骤如下将原料在混料机上充分混合，在800～950℃恒温2～5小时，使碳酸锂充分分解，在1000～1150℃煅烧2～8小时成铌酸锂粉料；将该粉料压实，放于白金坩埚内，采用提拉法按收颈、放肩、等颈、收尾等过程生长晶体，拉速0.01～2mm，转速10～20rpm，气液温差15～25℃，熔体内温度梯度为1.0～2.5℃/mm，熔体上方温度梯度为0.5～2.0℃/mm；生长后的晶体在1130～1210℃单畴化、退火，可得高质量掺杂铌酸锂晶体。
全文摘要
高稳定电光Q开关铌酸锂晶体，属于晶体材料技术领域。原料摩尔比为[Li
文档编号C30B15/00GK1563510SQ20041002401
公开日2005年1月12日 申请日期2004年4月14日 优先权日2004年4月14日
发明者袁多荣, 魏学成, 尹鑫, 程秀凤, 吕衍秋, 宋建安, 郭世义, 吕孟凯, 许东 申请人:山东大学