大尺寸掺杂铌酸锂晶体及其制备方法技术

本发明专利技术提供的是一种大尺寸掺杂铌酸锂晶体及其制备方法。各种原料与掺杂剂并且充分混合均匀，在６５０－７００℃下恒温２个小时；升温到１１００－１２００℃，恒温３小时，合成出ＬｉＮｂＯ３多晶料；加热合成的ＬｉＮｂＯ３多晶料，利用提拉法，按引晶、放肩、等径生长、拉脱和退火过程生长大尺寸掺杂铌酸锂晶体；对生长的ＬｉＮｂＯ３进行极化处理，得到单畴化大尺寸掺杂ＬｉＮｂＯ３晶体。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种光学晶体，特别是一种大尺寸掺杂铌酸锂晶体(LiNbO3)15本 专利技术还涉及一种大尺寸掺杂铌酸锂晶体的制备方法。
技术介绍
LiNbO3是一种集压电、热电、铁电、电光、声光、光弹、非线性、光折变及激光活性等 多种效应于一身的人工晶体，实施不同掺杂后能呈现出各种各样的特殊性能，是至今人们 所发现的光子性能最多、综合指标最好的晶体。LN晶体具有十分广阔的市场应用前景，其 在工程领域已得到广泛应用，用它制作的器件有声表面波器件、高频高能换能器、红外探测 器、激光调制器、激光倍频器、光学参量振荡器、无线电高频带通滤波器、延迟线、光放大器、 光开关、光学存储器和光波导器件等。众所周知，晶体的尺寸越大，制备的电子元器件集成度也越高，所以生长大尺寸的 铌酸锂晶体具有很强的工程应用价值。但同时，由于LiNbO3是在高温下通过熔盐法制备的， 晶体尺寸越大，残余热应力也就相应变大，容易导致晶体开裂。目前报道的未掺杂铌酸锂晶 体尺寸已达到200mm。在实际应用领域，为了满足对特定功能的需求，必须对LiNbO3进行掺 杂改性，如掺入铁、锰、铜、铈等离子能改善其光折变性能，掺入锌、镁、铟、钪等离子能提高 其抗光致散射性能，掺入稀土元素如铒、镱、镨等能得到激光晶体。掺杂离子一方面能显著 改善晶体的某些性能，但同时又引起晶体产生很大的结构畸变，在生长过程中也容易引起 晶体开裂，所以大尺寸掺杂LiNbO3的制备就变得十分困难。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种晶体直径大，无明显宏观缺陷，光学均勻性较好的大 尺寸掺杂铌酸锂晶体。本专利技术的目的还在于提供一种大尺寸掺杂铌酸锂晶体的制备方法。本专利技术的目的是这样实现的本专利技术的大尺寸掺杂铌酸锂晶体是由Li2CO3与Nb2O5高纯粉末及掺杂剂，通过提拉 法从熔盐中制备得到。所述Li2CO3与Nb2O5高纯粉末原料采用同成份配比，即[Li2CO3] / [Nb2O5]= 48. 6/51. 4。所述掺杂剂加入量分别为光折变介质Fe、Mn、Cu或Ce掺入量为0. 01-0. Iwt. % ； 抗光致散射介质MgO掺入量l-6mol%、ZnO掺入量l_7mol%、In2O3掺入量0. 5_3mol%或 Sc2O3 掺入量 0. 5-3mol % ；Er、Yb 或 Pr 稀土元素掺入量 0. Ι-lwt. %。本专利技术的大尺寸掺杂铌酸锂晶体的制备方法为1、按照Li2C03/Nb205 = 48. 6/51. 4;掺杂剂加入量分别为光折变介质Fe、Mn、 Cu或Ce掺入量为0.01-0. Iwt. %，抗光致散射介质MgO掺入量l_6mol%、ZnO掺入量 l-7mol%、In2O3 掺入量 0. 5_3mol%或 Sc2O3 掺入量 0. 5_3mol %，Er、Yb 或 Pr 稀土元素掺入 量0. Ι-lwt. % ；充分混合均勻后放在钼金坩埚内，首先在650-700°C下恒温2个小时，使CO2从Li2CO3中慢慢分解掉；2、接下来升温到1100-1200°c，恒温3小时，使Nb2O5与Li2O充分进行固相反应，合 成出LiNbO3多晶料；3、利用中频加热合成的LiNbO3S晶料，利用提拉法，按引晶、放肩、等径生长、拉脱 和退火过程生长大尺寸掺杂铌酸锂晶体，温度梯度5-10°C /cm，提拉速度1-1. 5mm/小时，旋 转速度 2-4rpm/min ；4、对生长的LiNbO3进行极化处理，极化温度1200°C，极化电流为5mA/cm2，通电时 间30分钟，然后退火，得到单畴化大尺寸掺杂LiNbO3晶体。由于生长大尺寸晶体，晶体质量较大，所以本专利技术中采用的籽晶杆为高温强度好 的钼铑合金杆；采用的籽晶也较大，尺寸为5mmX5mmX15mm。要生长大尺寸晶体，必须降低 温度梯度，本专利技术采用中频加热炉生长晶体，采用了保温性能好的莫来石保湿砖加工了保 温罩，使温度梯度达到5-10°C /cm，达到了生长大尺寸晶体的要求。此外，本专利技术过程中采 用的提拉速度为1-1. 5mm/小时，旋转速度为2-4rpm/min。为了防止生长的晶体由于静电发 生开裂，在籽晶杆上连接了接地的导线，以消除产生的静电。为了降低晶体生长过程中产生 的热应力，采用缓慢退火至室温的方法，退火速度为20-40°C /小时。附图说明图1三英寸掺锌铌酸锂晶体照片；图2五英寸掺铁铌酸锂晶体照片。具体实施例方式本专利技术的大尺寸掺杂铌酸锂晶体的制备方法具体包括如下步骤1、在电子天平上称量各种原料与掺杂剂，并且充分混合均勻，混合均勻的原料放 在钼金坩埚内，首先在650-700°C下恒温2个小时，目的是充分焙烧原料，使CO2从Li2CO3中 慢慢分解掉，避免在生长过程中CO2气体的快速挥发带走组份破坏了晶体生长条件。2、接下来升温到1100-1200°C，恒温3小时，目的是使Nb2O5与Li2O充分进行固相 反应，合成出LiNbO3多晶料，这时得到的烧结料就可作为生长晶体的原料。3、利用中频加热合成的LiNbO3S晶料，利用提拉法，按引晶、放肩、等径生长、拉脱 和退火过程生长大尺寸掺杂铌酸锂晶体，温度梯度5-10°C /cm，提拉速度1 1. 5mm/小时， 旋转速度2 4rpm/min。4、对生长的LiNbO3进行极化处理，极化温度1200°C，极化电流为5mA/cm2，通电时 间30分钟，然后退火，得到单畴化大尺寸掺杂LiNbO3晶体。以下列举两个具体实例1、按[Li2CO3]/[Nb2O5] = 48. 6/51.4比例称取原料，再按Zn掺入量称取7mol%的 ZnO，充分混合后装入钼金坩埚，在700°C下焙烧2小时，升温到1100°C，保温3小时。接着 进行中频加热，使物料熔化，按引晶、放肩、等径生长、拉脱和退火过程生长大尺寸掺杂铌酸 锂晶体，温度梯度6°C /cm，提拉速度2mm/小时，旋转速度4rpm/min。得到1英寸掺锌铌酸 锂晶体如图2所示。2、按[Li2CO3]/[Nb2O5] = 48. 6/51. 4 比例称取原料，再按 Fe 掺入量称取 0. 03wt. %的Fe2O3，充分混合后装入钼金坩埚，在650°C下焙烧2小时，升温到1100°C，保温3小时。接 着进行中频加热，使物料熔化，按引晶、放肩、等径生长、拉脱和退火过程生长大尺寸掺杂铌 酸锂晶体，温度梯度5°C /cm，提拉速度Imm/小时，旋转速度3rpm/min。得到5英寸掺铁铌 酸锂晶体如图2所示。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大尺寸掺杂铌酸锂晶体，其特征是由Ｌｉ↓［２］ＣＯ↓［３］与Ｎｂ↓［２］Ｏ↓［５］高纯粉末及掺杂剂，通过提拉法从熔盐中制备得到。

【技术特征摘要】
一种大尺寸掺杂铌酸锂晶体，其特征是由Li2CO3与Nb2O5高纯粉末及掺杂剂，通过提拉法从熔盐中制备得到。2.根据权利要求1所述的大尺寸掺杂铌酸锂晶体，其特征是所述Li2CO3与Nb2O5高纯 粉末原料采用同成份配比，即[Li2CO3]/[Nb2O5I =48.6/51.4。3.根据权利要求1或2所述的大尺寸掺杂铌酸锂晶体，其特征是所述掺杂剂加入量 分别为光折变介质Fe、Mn、Cu或Ce掺入量为0. 01-0. Iwt. %;抗光致散射介质MgO掺入量 l-6mol%、Zn0 掺入量 l_7mol %、In2O3 掺入量 0. 5_3mol%或 Sc2O3 掺入量 0. 5-3mol% ；Er、 Yb或Pr稀土元素掺入量0. Ι-lwt. %。4.一种大尺寸掺杂铌酸锂晶体的制备方法，其特征是(1)、按照Li2C03/Nb205= 48. 6/51. 4 ；掺杂剂加入量分别为光折变介质Fe、Mn、Cu或 Ce掺入量为0. 01-0...

【专利技术属性】
技术研发人员：方双全，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]