铪镝双掺杂铌酸锂晶体及其制备方法专利检索- 晶体生长专利检索查询-专利查询网

铪镝双掺杂铌酸锂晶体及其制备方法
申请号	CN201610415223.3	申请日	2016-06-12	公开(公告)号	CN106012019A	公开(公告)日	2016-10-12
申请人	哈尔滨理工大学;			发明人	代丽; 徐超; 刘春蕊;
摘要	铪镝双掺杂铌酸锂晶体及其制备方法，它涉及铪镝双掺杂铌酸锂晶体及其制备方法。它要解决。产品：由Nb2O5、LiCO3、HfO2和Dy2O3制成。方法：一、混合四种原料；二、采用提拉法生长晶体，得到多畴晶体；三、极化，得到极化后的晶体；四、切割、抛光，得到Hf:Dy:LiNbO3晶体。本发明制备的Hf:Dy:LiNbO3晶体光泽度高、成分均一、无瑕疵、无生长条纹和无裂纹产生，抗光损伤性能较高，能够做为激光晶体材料；本发明制备方法简单，便于操作，晶体生长速度快；这种晶体材料可在制备紧凑型、激光二极管泵浦、全固态可调谐激光器应用前景广阔，此外对高密度存储、制备集成光学器件、红外探测也具有重要意义。
权利要求	1.铪镝双掺杂铌酸锂晶体，其特征在于它由Nb2O5、LiCO3、HfO2和Dy2O3制成；其中所述LiCO3中的Li与Nb2O5中的Nb的摩尔比为0.946:1，Dy2O3的掺杂摩尔量占四种原料总摩尔量的 0.5%，HfO2的掺杂摩尔量占四种原料总摩尔量的8%。 2.根据权利要求1所述的铪镝双掺杂铌酸锂晶体，其特征在于所述的Nb2O5、LiCO3、HfO2和Dy2O3的纯度均为99.99%。 3.制备如权利要求1所述的铪镝双掺杂铌酸锂晶体的方法，其特征在于它按以下步骤进行：一、混合：称取四种原料，分别为Nb2O5、LiCO3、HfO2和Dy2O3，然后混合均匀，得到混合料；其中所述LiCO3中的Li与Nb2O5中的Nb的摩尔比为0.946:1，Dy2O3的掺杂摩尔量占四种原料总摩尔量的0.5%，HfO2的掺杂摩尔量占四种原料总摩尔量的8%；二、采用提拉法生长晶体：将步骤一中所得混合料放入Pt坩锅中，然后在710~740℃下烧结2~6h，再升温至1160~1180℃继续烧结1~2h，随后冷却至室温，然后采用提拉法进行晶体生长，经过引晶、缩颈、放肩、收肩、等径生长、拉脱和退火，得到多畴晶体；其中所述提拉法的提拉速度为0.7~1.3mm/h，轴向温度梯度为35~40℃/cm，旋转速度为12~15r/min；三、极化：将步骤二中所得多畴晶体置于温度为1160~1210℃，电流密度为5mA/cm2的条件下极化28~32min，得到极化后的晶体；四、切割、抛光：将步骤三中所得极化后的晶体进行切割，然后对表面进行光学质量级抛光，得到Hf:Dy:LiNbO3晶体，即完成铪镝双掺杂铌酸锂晶体的制备。 4.根据权利要求3所述的铪镝双掺杂铌酸锂晶体的制备方法，其特征在于步骤二中混合料放入Pt坩锅中，然后在730℃下烧结4h，再升温至1170℃继续烧结1.5h。 5.根据权利要求3所述的铪镝双掺杂铌酸锂晶体的制备方法，其特征在于步骤二中所述提拉法的提拉速度为1.0mm/h，轴向温度梯度为38℃/cm，旋转速度为13r/min。 6.根据权利要求3所述的铪镝双掺杂铌酸锂晶体的制备方法，其特征在于步骤三中多畴晶体置于温度为1190℃，电流密度为5mA/cm2的条件下极化30min。
说明书全文	铪镝双掺杂铌酸锂晶体及其制备方法技术领域 [0001] 本发明属于材料技术领域，具体涉及铪镝双掺杂铌酸锂晶体及其制备方法。背景技术 [0002] 近些年，随着光纤技术和集成光学技术的迅猛发展，铌酸锂晶体(LiNbO3)以其独特的优良性能成为光波导材料中最具深入研究价值的晶体之一。尤其是将稀土发光掺杂，周期极化和光波导相结合，能研制出更多优良性能的固体激光器和频率转换器件等等。由此，目前，稀土离子掺杂的铌酸锂晶体也越来越引起研究者们的密切关注。但铌酸锂晶体的抗光损伤能力低于其他晶体，因此严重限制了其在实际生活生产中的应用。 [0003] 目前，铌酸锂晶体不能做为激光晶体材料，而且存在抗光损伤性能较弱的问题。发明内容 [0004] 本发明目的是为了解决现有铌酸锂晶体不能做为激光晶体材料和铌酸锂晶体抗光损伤能力低的问题，而提供铪镝双掺杂铌酸锂晶体及其制备方法。 [0005] 铪镝双掺杂铌酸锂晶体，它由Nb2O5、LiCO3、HfO2和Dy2O3制成；其中所述LiCO3中的Li与Nb2O5中的Nb的摩尔比为0.946:1，Dy2O3的掺杂摩尔量占四种原料总摩尔量的0.5%，HfO2的掺杂摩尔量占四种原料总摩尔量的2%~8%。 [0006] 上述铪镝双掺杂铌酸锂晶体的制备方法，按以下步骤进行：一、混合：称取四种原料，分别为Nb2O5、LiCO3、HfO2和Dy2O3，然后混合均匀，得到混合料；其中所述LiCO3中的Li与Nb2O5中的Nb的摩尔比为0.946:1，Dy2O3的掺杂摩尔量占四种原料总摩尔量的0.5%，HfO2的掺杂摩尔量占四种原料总摩尔量的2%~8%；二、采用提拉法生长晶体：将步骤一中所得混合料放入Pt坩锅中，然后在710~740℃下烧结2~6h，再升温至1160~1180℃继续烧结1~2h，随后冷却至室温，然后采用提拉法进行晶体生长，经过引晶、缩颈、放肩、收肩、等径生长、拉脱和退火，得到多畴晶体；其中所述提拉法的提拉速度为0.7~1.3mm/h，轴向温度梯度为35~40℃/cm，旋转速度为12~15r/min；三、极化：将步骤二中所得多畴晶体置于温度为1160~1210℃，电流密度为5mA/cm2的条件下极化28~32min，得到极化后的晶体；四、切割、抛光：将步骤三中所得极化后的晶体进行切割，然后对表面进行光学质量级抛光，得到Hf:Dy:LiNbO3晶体，即完成铪镝双掺杂铌酸锂晶体的制备。 [0007] 本发明中掺杂稀土离子Dy3+主要体现在光纤通信方面的应用，并利用铌酸锂晶体优良的非线性光学性能和电光性能，将其与发光特性相结合，可以研制出性能优良的光集成器件。而Hf4+的掺入则可以有效提升晶体的抗光损伤能力。 [0008] 本发明的优点：一、本发明制备的Hf:Dy:LiNbO3晶体光泽度高、成分均一、无瑕疵、无生长条纹和无裂纹产生，抗光损伤性能较高，能够做为激光晶体材料；二、本发明Hf:Dy:LiNbO3晶体的制备方法简单，便于操作，晶体生长速度快；三、本发明制备的Hf:Dy:LiNbO3晶体对探索一种新型的复合功能激光晶体材料，具有非常重要的价值。这种晶体材料可在制备紧凑型、激光二极管泵浦、全固态可调谐激光器应用前景广阔，此外对高密度存储、制备集成光学器件、红外探测也具有重要意义。附图说明 [0009] 图1为实施例中所得样品Hf8晶体的形貌图；图2为实施例中所得样品Hf8晶体的晶片形貌图；图3为实施例中所得样品Hf2晶体的紫外可见吸收光谱图；图4为实施例中所得样品Hf4晶体的紫外可见吸收光谱图；图5为实施例中所得样品Hf6晶体的紫外可见吸收光谱图；图6为实施例中所得样品Hf8晶体的紫外可见吸收光谱图。具体实施方式 [0010] 本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。 [0011] 具体实施方式一：本实施方式铪镝双掺杂铌酸锂晶体，它由Nb2O5、LiCO3、HfO2和Dy2O3制成；其中所述LiCO3中的Li与Nb2O5中的Nb的摩尔比为0.946:1，Dy2O3的掺杂摩尔量占四种原料总摩尔量的0.5%，HfO2的掺杂摩尔量占四种原料总摩尔量的2%~8%。 [0012] 具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是所述的Nb2O5、LiCO3、HfO2和Dy2O3的纯度均为99.99%。其它与具体实施方式一相同。 [0013] 具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是所述HfO2的掺杂摩尔量占四种原料总摩尔量的2%。其它与具体实施方式一或二相同。 [0014] 具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是所述HfO2的掺杂摩尔量占四种原料总摩尔量的4%。其它与具体实施方式一至三之一相同。 [0015] 具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是所述HfO2的掺杂摩尔量占四种原料总摩尔量的6%。其它与具体实施方式一至四之一相同。 [0016] 具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是所述HfO2的掺杂摩尔量占四种原料总摩尔量的8%。其它与具体实施方式一至四之一相同。 [0017] 具体实施方式七：本实施方式制备铪镝双掺杂铌酸锂晶体的方法，按以下步骤进行：一、混合：称取四种原料，分别为Nb2O5、LiCO3、HfO2和Dy2O3，然后混合均匀，得到混合料；其中所述LiCO3中的Li与Nb2O5中的Nb的摩尔比为0.946:1，Dy2O3的掺杂摩尔量占四种原料总摩尔量的0.5%，HfO2的掺杂摩尔量占四种原料总摩尔量的2%~8%；二、采用提拉法生长晶体：将步骤一中所得混合料放入Pt坩锅中，然后在710~740℃下烧结2~6h，再升温至1160~1180℃继续烧结1~2h，随后冷却至室温，然后采用提拉法进行晶体生长，经过引晶、缩颈、放肩、收肩、等径生长、拉脱和退火，得到多畴晶体；其中所述提拉法的提拉速度为0.7~1.3mm/h，轴向温度梯度为35~40℃/cm，旋转速度为12~15r/min；三、极化：将步骤二中所得多畴晶体置于温度为1160~1210℃，电流密度为5mA/cm2的条件下极化28~32min，得到极化后的晶体；四、切割、抛光：将步骤三中所得极化后的晶体进行切割，然后对表面进行光学质量级抛光，得到Hf:Dy:LiNbO3晶体，即完成铪镝双掺杂铌酸锂晶体的制备。 [0018] 本实施方式中所述的Nb2O5、LiCO3、HfO2和Dy2O3的纯度均为99.99%。 [0019] 具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式七不同的是步骤二中混合料放入Pt坩锅中，然后在730℃下烧结4h，再升温至1170℃继续烧结1.5h。其它步骤及参数与具体实施方式七相同。 [0020] 具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式七或八不同的是步骤二中所述提拉法的提拉速度为1.0mm/h，轴向温度梯度为38℃/cm，旋转速度为13r/min。其它与具体实施方式七或八相同。 [0021] 具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式七至九之一不同的是步骤三中多畴晶体置于温度为1190℃，电流密度为5mA/cm2的条件下极化30min。其它与具体实施方式七至九之一相同。 [0022] 采用以下实施例验证本发明的有益效果：实施例：制备铪镝双掺杂铌酸锂晶体的方法，按以下步骤进行：一、混合：称取四种原料，分别为Nb2O5、LiCO3、HfO2和Dy2O3，然后混合均匀，得到混合料；其中所述LiCO3中的Li与Nb2O5中的Nb的摩尔比为0.946:1，Dy2O3的掺杂摩尔量占四种原料总摩尔量的0.5%，HfO2的掺杂摩尔量占四种原料总摩尔量的2%~8%；二、采用提拉法生长晶体：将步骤一中所得混合料放入Pt坩锅中，然后在730℃下烧结 4h，再升温至1180℃继续烧结1h，随后冷却至室温，然后采用提拉法进行晶体生长，经过引晶、缩颈、放肩、收肩、等径生长、拉脱和退火，得到多畴晶体；其中所述提拉法的提拉速度为 1.2mm/h，轴向温度梯度为37℃/cm，旋转速度为13r/min；三、极化：将步骤二中所得多畴晶体置于温度为1200℃，电流密度为5mA/cm2的条件下极化32min，得到极化后的晶体；四、切割、抛光：将步骤三中所得极化后的晶体进行切割，然后对表面进行光学质量级抛光，得到Hf:Dy:LiNbO3晶体，即完成铪镝双掺杂铌酸锂晶体的制备。 [0023] 本实施例中所述的Nb2O5、LiCO3、HfO2和Dy2O3的纯度均为99.99%。 [0024] 本实施例中HfO2的掺杂摩尔量占四种原料总摩尔量的2%，4%，6%，8%，依次得到四个样品，命名为Hf2，Hf4，Hf6和Hf8；本实施例所得样品Hf8的晶体形貌如图1所示，可见，晶体光泽度高、成分均一、无瑕疵、无生长条纹和无裂纹产生。 [0025] 本实施例所得样品Hf8的晶体的晶片形貌如图2所示。 [0026] 本实施例所得样品Hf2，Hf4，Hf6和Hf8，其晶体均按照10mm×10mm×2.5mm(Z×X×Y)切成晶片进行紫外可见吸收光谱测试，如图3、4、5和6所示，可以看出Hf:Dy:LiNbO3晶体在428nm、452nm、472nm、756nm、806nm、907nm、1116nm、1290nm和1663nm处。每一个吸收峰的形成都是由于Dy3+从基态向发态跃迁造成的。随着Hf掺杂浓度的提高，Dy 3+的光谱项跃迁的峰位没有变化，并且吸收峰的强度也变化不大。 [0027] 本实施例所得样品Hf2，Hf4，Hf6和Hf8采用光致散射阈值曝光能量流法测试晶体的抗光损伤能力，实验数据如表1所示。本实施方式所得Hf4晶体样品的抗光损伤能力相比Hf2晶体样品的抗光损伤能力提高了2个数量级，在四个样品中，Hf8晶体样品的抗光损伤能力最强。 [0028] 表1 Hf:Dy:LiNbO3晶体的光散射曝光能量流阈值样品 Hf2 Hf4 Hf6 Hf8 R (J/cm2) 0.624 51.322 58.364 60.185 本实施例所得样品Hf2，Hf4，Hf6和Hf8，分别切割下适量晶体，用丙酮、酒精等将样品清洗干净，然后将晶片捣碎，放置于玛瑙研钵中研磨成约200目的粉末；在多晶衍射仪上测试其X射线粉末衍射峰，将XRD测得的实验数据用最小二乘法计算出各样品的晶格常数，结果如表2所示，并且参照下面的公式计算了晶胞体积V。 [0029]表2 Hf:Dy:LiNbO3晶体的晶格常数样品 a (Ǻ) c (Ǻ) V (Ǻ3) Hf2 5.1502 13.8512 318.17 Hf4 5.1534 13.8595 318.75 Hf6 5.1560 13.8627 319.15 Hf8 5.1588 13.8804 319.90

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