专利名称：提高铌酸钾锂晶片中锂含量的方法
技术领域：
本发明涉及一种提高铌酸钾锂晶片中锂含量的方法。高Li含量铌酸钾锂晶体能够在室温下通过非临界相位匹配直接倍频近红外激光获得蓝色激光输出。
背景技术：
全固态蓝绿光激光器性能稳定、结构紧凑、可集成化，在光存储、光通讯和激光医疗器件等方面有良好的应用前景，是目前国际上的一个研究热点。随着高功率半导体二极管激光器的发展，寻求适合于二极管激光器蓝光倍频的非线性光学晶体已成为当前研制微型蓝光激光器的重要发展方向之一。
铌酸钾晶体(KN)非线性系数大，激光损伤阈值高，对857nm到983nm范围内的激光波长，都可以实现相位匹配(其中对857nm和983nm两个波长，还可实现非临界相位匹配)(参见Chemical Physics Letters，第291卷，1998年，第401页)。
铌酸钾锂晶体(铌酸钾锂)的有效非线性系数和KN相近，铁电畴结构稳定，调节晶体的组分，可以稳定的实现790～980nm的半导体激光的倍频，获得蓝绿光输出。其中，铌酸钾锂晶体的倍频性能与晶体中Li含量有关，Li含量越高，倍频性能越好，并且，随着Li含量的增加，在室温下实现非临界相位匹配的基波波长变短(参见Journal of Crystal Growth，第225卷，2001年，第458页)。
在先半导体近红外激光倍频晶体(KN和铌酸钾锂)存在的显著缺点是(1)KN晶体折射率随温度的变化较大、晶体生长困难、铁电单畴结构不稳定(温度超过40℃或受到机械振动，其铁电单畴结构会受到破坏，需要重新极化后才能使用)；(2)铌酸钾锂晶体是一种固熔体晶体，结构复杂，高Li含量的铌酸钾锂晶体在生长过程中存在严重的开裂问题，难以获得完整的晶体。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术的缺点，提供一种提高铌酸钾锂晶片Li含量的方法，经过该方法处理的晶片可以用于半导体近红外激光倍频。
本发明所述的提高铌酸钾锂晶片Li含量的方法的实质是利用气相传输平衡(Vapor Transport Equilibration，简称VTE)技术，在高温、富锂的气氛中，通过锂离子的扩散使晶片中的Li含量提高。
本发明所述的方法同样可用于提高铌酸钾锂晶片中的K含量。
本发明所说的铌酸钾锂晶片可以包含各种掺杂如镁、锰、锌、铜、钕、钽、铈或镧中的一种或多种。
本发明的技术解决方案如下一种提高铌酸钾锂晶片锂含量的方法，其特征在于包括如下具体步骤①在铂金坩埚内，放置带有气孔的K2O、Li2O和Nb2O5混合料块；②将双面抛光或单面抛光的铌酸钾锂单晶片置于或悬于铂金丝上，加上覆盖有K2O、Li2O和Nb2O5混合粉料和热电偶的坩埚盖，坩埚顶部加铂金盖密闭，置于电阻炉中；③该电阻炉加热升温至800～1200℃，恒温50～100小时，Li扩散到铌酸钾锂晶片中，降温后，可得到高Li含量的铌酸钾锂晶片。
所述的K2O、Li2O和Nb2O5混合料块的重量比的选取范围是[K2O]∶[Li2O]∶[Nb2O5]＝(x)∶(100-x～5)∶(0～95-x)，其中x为原铌酸钾锂晶片中K的含量。
所述的铌酸钾锂晶片可以包含各种掺杂如镁、锰、锌、铜、钕、钽、铈或镧中的一种或多种。
所述的电阻炉也可用硅碳棒炉或硅钼棒炉代替。
本发明处理过的晶体与半导体近红外激光倍频晶体(KN和铌酸钾锂)相比，其优点是克服了KN铁电单畴不稳定的缺点和难以获得高Li含量铌酸钾锂晶体等问题。
图1是本发明方法使用的气相传输平衡装置示意图。
具体实施例方式
本发明用于提高铌酸钾锂晶片Li含量的装置示意图见图1。铂金坩埚1内放置有带气孔2的一定配比的K2O、Li2O和Nb2O5混合料块3，料块3上部是铂金丝4，双面抛光或单面抛光的铌酸钾锂晶片5置于铂金丝4上，料块3上部有铂金片6和K2O、Li2O和Nb2O5混合粉料7覆盖，热电偶8插入粉料7中，坩埚1顶部加铂金盖9密闭。
气相传输平衡(VTE)技术是一种质量传输过程，因此坩埚内应保证有足够的Li2O供应量，其次，气相的平衡是依靠Li2O源源不断地从K2O、Li2O和Nb2O5混合料块中挥发来维持的，为防止混合料块表面Li2O耗尽造成的平衡破坏，应使混合料块具有多孔结构，以尽量增加Li2O的挥发表面。
铌酸钾锂晶片置于或悬于密闭的铂金坩埚内，然后将密闭的铂金坩埚放入电炉(硅碳棒炉或硅钼棒炉)内，加热到预定的平衡温度，保温一定的时间进行气相平衡扩散，为了加快扩散过程和结构调整过程，应选取合适的平衡温度，一般选取800～1200℃。
下面是用上述的气相传输平衡装置和具体的工艺流程提高铌酸钾锂晶片Li含量的具体实施例
在φ100×80mm的鉑金坩埚内，放置有带气孔2的K2O、Li2O和Nb2O5混合料块3，选取[K2O]/[Li2O]/[Nb2O5]＝30∶50∶20摩尔比。将双面抛光或单面抛光的铌酸钾锂晶片5，置于或悬于铂金丝4上，加上覆盖有K2O、Li2O和Nb2O5混合粉料7和热电偶8的坩埚盖，坩埚顶部加铂金盖9密闭，置于电阻炉中。加热电阻炉升温至900℃，恒温100小时，Li2O扩散到铌酸钾锂晶片5中，从而提高铌酸钾锂晶片5中Li含量，可用于半导体近红外激光倍频。
权利要求
1.一种提高铌酸钾锂晶片中锂含量的方法，其特征在于包括如下具体步骤①在铂金坩埚内，放置带有气孔的K2O、Li2O和Nb2O5混合料块；②将双面抛光或单面抛光的铌酸钾锂单晶片置于或悬于铂金丝上，加上覆盖有K2O、Li2O和Nb2O5混合粉料和热电偶的坩埚盖，坩埚顶部加铂金盖密闭，置于电阻炉中；③该电阻炉加热升温至800～1200℃，恒温50～100小时，Li扩散到铌酸钾锂晶片中，降温后，可得到高Li含量的铌酸钾锂晶片。
2.根据权利要求1所述的提高铌酸钾锂晶片中锂含量的方法，其特征在于所述的K2O、Li2O和Nb2O5混合料块的重量比的选取范围是[K2O]∶[Li2O]∶[Nb2O5]＝(x)∶(100-x～5)∶(0～95-x)，其中x为原铌酸钾锂晶片中K的含量。
3.根据权利要求1所述的提高铌酸钾锂晶片中锂含量的方法，其特征在于所述的铌酸钾锂晶片可以包含各种掺杂如镁、锰、锌、铜、钕、钽、铈或镧中的一种或多种。
4.根据权利要求1或2或3所述的提高铌酸钾锂晶片中锂含量的方法，其特征在于所述的电阻炉也可用硅碳棒炉或硅钼棒炉代替。
全文摘要
一种提高铌酸钾锂单晶片中锂含量的方法，包括如下具体步骤在铂金坩埚内，放置带气孔的K
文档编号C30B29/10GK1540044SQ20031010822
公开日2004年10月27日 申请日期2003年10月28日 优先权日2003年10月28日
发明者刘军芳, 徐军, 周国清, 何晓明, 王海丽, 张连翰, 杭寅, 周圣明, 赵广军 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所