專利名稱：高穩(wěn)定電光q開關(guān)鈮酸鋰晶體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鈮酸鋰晶體或者摻雜的鈮酸鋰晶體，具體涉及高穩(wěn)定電光Q開關(guān)鈮酸鋰晶體及其制備方法。
背景技術(shù)：
鈮酸鋰單晶是一種良好的光電子材料，屬于三方晶系，3m點群，適合制作光的各種控制耦合和傳輸器件，如光隔離、放大、波導(dǎo)、調(diào)制等器件，在濾波器、電光開關(guān)、光波導(dǎo)、頻率轉(zhuǎn)換、全息光存儲等方面，具有十分廣泛的應(yīng)用前景，對鈮酸鋰晶體的研究一直是晶體研究的熱點之一。
一般條件下生長出的LiNbO3晶體為同成分LiNbO3晶體，組分偏離化學(xué)計量比，晶體的[Li]/[Nb]摩爾比約為48.6/51.4。由于嚴重缺Li，晶體中形成了大量的本征缺陷，這對LiNbO3晶體的諸多性能造成了較大的影響。如光學(xué)損傷閾值低，電光系數(shù)隨溫度變化大等，使LiNbO3晶體的應(yīng)用受到很大限制。在用作電光Q開關(guān)時，同成分LiNbO3晶體，在室溫下可以用于Q開關(guān)，但在高、低溫寬溫度范圍難以關(guān)嚴，出現(xiàn)漏光，不能充分滿足使用。
與同成分鈮酸鋰晶體相比，富鋰條件下所生長的鈮酸鋰晶體不僅具有較好的光學(xué)質(zhì)量，其光損傷域值、非線性光學(xué)系數(shù)等也都有較大的提高。
雖然近年來化學(xué)計量比的LiNbO3晶體研究取得了較大的進展，但現(xiàn)有的生長化學(xué)計量比鈮酸鋰晶體技術(shù)，有明顯缺點(1)采用雙坩堝法設(shè)備復(fù)雜，生長的晶體質(zhì)量不穩(wěn)定；(2)氣象交換平衡技術(shù)只適用于制備薄片狀樣品，很難獲得大塊狀晶體；(3)K2O助熔劑法生長速度慢，難以獲得大尺寸優(yōu)質(zhì)單晶；而且仍未見到化學(xué)計量比鈮酸鋰晶體作為高穩(wěn)定電光Q開關(guān)的報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供高穩(wěn)定電光Q開關(guān)鈮酸鋰晶體及其制備方法。
本發(fā)明的高穩(wěn)定電光Q開關(guān)鈮酸鋰晶體，原料摩爾比為[Li2CO3]/[Nb2O5]＝48～58∶42～50，在熔融狀態(tài)下，利用提拉法生長。
上述高穩(wěn)定電光Q開關(guān)鈮酸鋰晶體，還摻雜了鈣、鋇、鍶、鋅、銦、鐵、鈷、銅、錳、鈰、鐿、鉻、釹或鉺的氧化物中的一種或幾種；摻雜量為CaO、BaO、SrO或ZnO0～5mol.％，In2O30～2.5mol.％，F(xiàn)e2O3、CoO、CuO、Mn2O3、Ce2O3、Yb2O3、Cr2O3、Er2O3或Nd2O30～1mol.％。
上述高穩(wěn)定電光Q開關(guān)鈮酸鋰晶體，原料摩爾比為[Li2CO3]/[Nb2O5]＝50～58∶42～50。
上述高穩(wěn)定電光Q開關(guān)鈮酸鋰晶體，摻雜時的原料摩爾比為[Li2CO3]/[Nb2O5]＝48～58∶42～48。
上述高穩(wěn)定電光Q開關(guān)鈮酸鋰晶體，在環(huán)境溫度-40℃和50℃的條件下及溫度變化情況下，晶體的橢圓度系數(shù)、對比度系數(shù)及電光系數(shù)均不發(fā)生明顯變化，其電光Q開關(guān)具有良好的溫度穩(wěn)定性。
高穩(wěn)定電光Q開關(guān)鈮酸鋰晶體的制備方法是通過添加過量的Li2CO3提高晶體的鋰鈮比，在熔融狀態(tài)下，利用提拉法生長。
將原料在混料機上充分混合，在800～950℃恒溫2～5小時，使碳酸鋰充分分解，在1000～1150℃煅燒2～8小時成鈮酸鋰粉料；將該粉料壓實，放于白金坩堝內(nèi)，采用提拉法按收頸、放肩、等頸、收尾等過程生長晶體，拉速0.01～2mm，轉(zhuǎn)速10～20rpm，氣液溫差15～25℃，熔體內(nèi)溫度梯度為1.0～2.5℃/mm，熔體上方溫度梯度為0.5～2.0℃/mm；生長后的晶體在1130～1210℃單疇化、退火，可得高質(zhì)量摻雜鈮酸鋰晶體。
具體制備步驟是(一)高穩(wěn)定電光Q開關(guān)鈮酸鋰晶體按[Li2CO3]/[Nb2O5]＝50～58∶42～50的比例混料，在混料機上充分混合，在800～950℃恒溫2～5小時，使碳酸鋰充分分解，在1000～1150℃煅燒2～8小時成鈮酸鋰粉料；將該粉料壓實，放于白金坩堝內(nèi)，采用提拉法按收頸、放肩、等頸、收尾等過程生長晶體，拉速0.01～2mm，轉(zhuǎn)速10～20rpm，氣液溫差15～25℃，熔體內(nèi)溫度梯度為1.0～2.5℃/mm，熔體上方溫度梯度為0.5～2.0℃/mm；生長后的晶體在1130～1210℃單疇化、退火，可得高穩(wěn)定電光Q開關(guān)鈮酸鋰晶體。
(二)高質(zhì)量摻質(zhì)鈮酸鋰晶體按[Li2CO3]/[Nb2O5]＝48～58∶42～48的比例混料，摻入所需物質(zhì)，如CaO、BaO、SrO或ZnO 0～5mol.％，In2O30～2.5mol.％，F(xiàn)e2O3、CoO、CuO、Mn2O3、Ce2O3、Yb2O3、Cr2O3、Er2O3或Nd2O30～3mol.％。的一種或一種以上，在混料機上充分混合，在800～950℃恒溫2～5小時，使碳酸鋰充分分解，在1000～1150℃煅燒2～8小時成鈮酸鋰粉料；將該粉料壓實，放于白金坩堝內(nèi)，采用提拉法按收頸、放肩、等頸、收尾等過程生長晶體，拉速0.01～2mm，轉(zhuǎn)速10～20rpm，氣液溫差15～25℃，熔體內(nèi)溫度梯度為1.0～2.5℃/mm，熔體上方溫度梯度為0.5～2.0℃/mm；生長后的晶體在1150～1210℃單疇化、退火，可得高質(zhì)量摻質(zhì)鈮酸鋰晶體。
本發(fā)明的優(yōu)良效果如下1、與同成分鈮酸鋰晶體電光Q開關(guān)相比較，該晶體所制作的電光Q開關(guān)具有良好的溫度穩(wěn)定性，即在環(huán)境溫度-40℃和50℃的條件下及溫度變化情況下，晶體的橢圓度系數(shù)、對比度系數(shù)及電光系數(shù)均不發(fā)生明顯變化，在-40℃～50℃的溫度區(qū)間均能實現(xiàn)穩(wěn)定開關(guān)。
2、本發(fā)明晶體之一的居里溫度為1178℃，晶體樣品(Z向，5×5×10mm)的半波電壓(沿X方向加電壓)為4060V；同成分晶體樣品(Z向，5×5×10mm)的居里溫度和半波電壓(沿X方向加電壓)分別為1142℃和3400V。
3、本發(fā)明晶體生長與化學(xué)計量比鈮酸鋰晶體相比較，易于得到大塊優(yōu)質(zhì)單晶體。
具體實施例方式
實施例1按[Li2CO3]/[Nb2O5]＝53∶47的比例混料，在混料機上充分混合，在850℃恒溫5小時，使碳酸鋰充分分解，在1050℃煅燒8小時成鈮酸鋰粉料；將該粉料壓實，放于白金坩堝內(nèi)，采用提拉法按收頸、放肩、等頸、收尾等過程生長晶體，拉速1mm，轉(zhuǎn)速15rpm，氣液溫差20℃，熔體內(nèi)溫度梯度為1.8℃/mm，熔體上方溫度梯度為2.0℃/mm；生長后的晶體在1160℃單疇化、退火，可得高質(zhì)量鈮酸鋰晶體。
實施例2按[Li2CO3]/[Nb2O5]＝52.5∶46的比例混料，摻入CaO 1.5mol.％，在混料機上充分混合，在900℃恒溫3小時，使碳酸鋰充分分解，在1100℃煅燒6小時成鈮酸鋰粉料；將該粉料壓實，放于白金坩堝內(nèi)，采用提拉法按收頸、放肩、等頸、收尾等過程生長晶體，拉速0.8mm，轉(zhuǎn)速16rpm，氣液溫差15℃，熔體內(nèi)溫度梯度為1.5℃/mm，熔體上方溫度梯度為2.0℃/mm；生長后的晶體在1180℃單疇化、退火，可得高質(zhì)量摻雜鈮酸鋰晶體。
實施例3按[Li2CO3]/[Nb2O5]＝52∶49的比例混料，摻入Fe2O33mol.％，在混料機上充分混合，在900℃恒溫5小時，使碳酸鋰充分分解，在1120℃煅燒8小時成鈮酸鋰粉料；將該粉料壓實，放于白金坩堝內(nèi)，采用提拉法按收頸、放肩、等頸、收尾等過程生長晶體，拉速0.5mm，轉(zhuǎn)速15rpm，氣液溫差20℃，熔體內(nèi)溫度梯度為1.8℃/mm，熔體上方溫度梯度為2.0℃/mm；生長后的晶體在1185℃單疇化、退火，可得高質(zhì)量摻雜鈮酸鋰晶體。
實施例4按[Li2CO3]/[Nb2O5]＝52∶46的比例混料，摻入In2O32mol.％，在混料機上充分混合，在900℃恒溫5小時，使碳酸鋰充分分解，在1120℃煅燒8小時成鈮酸鋰粉料；將該粉料壓實，放于白金坩堝內(nèi)，采用提拉法按收頸、放肩、等頸、收尾等過程生長晶體，拉速0.8mm，轉(zhuǎn)速16rpm，氣液溫差22℃，熔體內(nèi)溫度梯度為2.5℃/mm，熔體上方溫度梯度為2.0℃/mm；生長后的晶體在1185℃單疇化、退火，可得高質(zhì)量摻雜鈮酸鋰晶體。
實施例5按[Li2CO3]/[Nb2O5]＝51∶46的比例混料，摻入Cr2O33mol.％，在混料機上充分混合，在920℃恒溫5小時，使碳酸鋰充分分解，在1100℃煅燒6小時成鈮酸鋰粉料；將該粉料壓實，放于白金坩堝內(nèi)，采用提拉法按收頸、放肩、等頸、收尾等過程生長晶體，拉速0.8mm，轉(zhuǎn)速16rpm，氣液溫差20℃，熔體內(nèi)溫度梯度為1.8℃/mm，熔體上方溫度梯度為1.6℃/mm；生長后的晶體在1190℃單疇化、退火，可得高質(zhì)量摻雜鈮酸鋰晶體。
實施例6如實施例2所述，所不同的是摻入BaO 1mol.％和SrO 0.5mol.％。
實施例7如實施例3所述，所不同的是摻入Ce2O31mol.％和Yb2O32mol.％。
實施例8如實施例4所述，所不同的是摻入Nd2O32mol.％。
實施例9如實施例4所述，所不同的是摻入In2O31mol.％和Nd2O31mol.％。
實施例10如實施例4所述，所不同的是摻入CoO 2mol.％。
實施例11如實施例4所述，所不同的是摻入Cr2O31mol.％和CoO 1mol.％。
實施例12如實施例5所述，所不同的是摻入CuO 3mol.％。
實施例13如實施例5所述，所不同的是摻入CuO 2mol.％和Fe2O31mol.％。
實施例14如實施例5所述，所不同的是摻入Mn2O33mol.％。
實施例15如實施例5所述，所不同的是摻入Mn2O32mol.％和Fe2O31mol.％。
權(quán)利要求
1.高穩(wěn)定電光Q開關(guān)鈮酸鋰晶體，其特征在于原料摩爾比為[Li2CO3]/[Nb2O5]＝48～58∶42～50，在熔融狀態(tài)下，利用提拉法生長。
2.如權(quán)利要求1所述的高穩(wěn)定電光Q開關(guān)鈮酸鋰晶體，其特征在于摻雜了鈣、鋇、鍶、鋅、銦、鐵、鈷、銅、錳、鈰、鐿、鉻、釹或鉺的氧化物中的一種或幾種；摻雜量為CaO、BaO、SrO或ZnO 0～5mol.％，In2O30～2.5mol.％，F(xiàn)e2O3、CoO、CuO、Mn2O3、Ce2O3、Yb2O3、Cr2O3、Er2O3或Nd2O30～1mol.％。
3.如權(quán)利要求1所述的高穩(wěn)定電光Q開關(guān)鈮酸鋰晶體，其特征在于原料摩爾比為[Li2CO3]/[Nb2O5]＝50～58∶42～50。
4.如權(quán)利要求1所述的高穩(wěn)定電光Q開關(guān)鈮酸鋰晶體，其特征在于有摻雜時的原料摩爾比為[Li2CO3]/[Nb2O5]＝48～58∶42～48。
5.如權(quán)利要求1所述的高穩(wěn)定電光Q開關(guān)鈮酸鋰晶體，其特征在于在環(huán)境溫度-40℃和50℃的條件下及溫度變化情況下，晶體的橢圓度系數(shù)、對比度系數(shù)及電光系數(shù)均不發(fā)生明顯變化，其電光Q開關(guān)具有良好的溫度穩(wěn)定性。
6.權(quán)利要求1所述的高穩(wěn)定電光Q開關(guān)鈮酸鋰晶體的制備方法，其特征在于，步驟如下將原料在混料機上充分混合，在800～950℃恒溫2～5小時，使碳酸鋰充分分解，在1000～1150℃煅燒2～8小時成鈮酸鋰粉料；將該粉料壓實，放于白金坩堝內(nèi)，采用提拉法按收頸、放肩、等頸、收尾等過程生長晶體，拉速0.01～2mm，轉(zhuǎn)速10～20rpm，氣液溫差15～25℃，熔體內(nèi)溫度梯度為1.0～2.5℃/mm，熔體上方溫度梯度為0.5～2.0℃/mm；生長后的晶體在1130～1210℃單疇化、退火，可得高質(zhì)量摻雜鈮酸鋰晶體。
全文摘要
高穩(wěn)定電光Q開關(guān)鈮酸鋰晶體，屬于晶體材料技術(shù)領(lǐng)域。原料摩爾比為[Li
文檔編號C30B15/00GK1563510SQ20041002401
公開日2005年1月12日 申請日期2004年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月14日
發(fā)明者袁多榮, 魏學(xué)成, 尹鑫, 程秀鳳, 呂衍秋, 宋建安, 郭世義, 呂孟凱, 許東 申請人:山東大學(xué)