专利名称：高掺杂铒离子近化学计量比铌酸锂晶体及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种铒离子掺杂的近化学计量比铌酸锂晶体及其制备方法。
背景技术：
随着光通信的高速发展，建立全光通信网(即光传输和光信号的发送与接收等过程均由光纤和光子集成器件来完成)成为人们研究热点。目前，已研制出并达到应用化水平的光纤放大器，主要集中在1. Mym的掺铒光纤放大器(EDFA)上。但在光通信领域，EDFA 技术仍不能满足迅猛发展的光通讯产业对器件体积、成本和集成化的要求。因此利用光子集成技术研制光通信用光子集成器件是实现全光通信的必由之路。因而科学家们已把注意力集中到更具集成化发展前景的光波导与掺铒光波导放大器(EDWA)技术。而以Er-LiNbO3 晶体为基质材料的波导器件因便于集成、泵浦效率高的特点，备受关注。选择稀土元素铒，是Er3+的内层4f电子从亚稳态能级到基态能级的受激跃迁，能提供光通信窗口波长1. Mym的光放大。由于铒的这种特殊能级结构，使其成为光通信用放大器增益介质的最佳选择。然而，虽然EDWA相较于EDFA改善了体积大，成本高，装配调试要求高等缺点，但是EDWA中的掺Er浓度要比EDFA高几个量级。在众多基质材料中，如LiNb03、SiO2, Al2O3、磷硅玻璃、钠钙硅玻璃、^O3，将LiNbO3 作为基体材料引起人们广泛的研究兴趣。这是因为(I)LiNbO3晶体是集优良的电光、声光和非线性光学性能于一体的难得激光基质材料，它的多功能性为开辟集成性、微小器件创造充分条件，这是其他几种基质材料所无法比拟的；(2)芯层与缓冲层、覆盖层(SiO2)之间的折射率反差较大，导致波导模的高约束低损耗，因而易于实现高效的泵浦和放大；(3) LiNbO3晶体自身具有可以调节的Li/Nb比率，这为进行高浓度稀土 Er的掺杂提供有利条件，从而在较短的尺寸内得到较高的增益。(4)大尺寸、高质量、易生长、廉价等特性使得LiNbO3晶体做为基质材料具有良好的基础。根据锂空位模型，同成分铌酸锂晶体(Li Nb = 0. 946 1)处于缺锂状态，为了电荷平衡，一部分铌离子也进入锂空位，形成反位铌，这时LN的化学结构式可表示为 [Li1^5xV4xNbJNbO30因此形成的大量本征缺陷限制了同成分铌酸锂晶体在1. Mym波段的实际应用，降低了其发光强度和寿命。因此近化学计量比铌酸锂晶体及其制备成为人们研究的重点，但是通过铌酸锂晶体的相图分析可知，在化学计量比铌酸锂晶体时生长晶体相对与同成分铌酸锂晶体要难。现有近化学计量比铌酸锂晶体的工艺一般为先生长出同成分铌酸锂晶体(0.946 1)后，通过气相传输技术(VTE)制备了近化学计量比铌酸锂晶体，但是，目前VTE处理技术对于铌酸锂晶体质量是否有不利的影响还存在着争议，而且两种工艺结合使得制备变得复杂，成本增加。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有掺铒离子近化学计量比铌酸锂晶体的制备工艺复杂，难以得到高掺杂铒离子的近化学计量比铌酸锂晶体的问题，本发明提供了一种高掺杂铒离子近化学计量比铌酸锂晶体及其制备方法，工艺简单地得到具有很好的发光强度和寿命的高掺杂铒离子近化学计量比铌酸锂晶体。本发明的高掺杂铒离子近化学计量比铌酸锂晶体，是由氧化铒(Er2O3)、五氧化二铌和碳酸锂三种原料制成的，其中，碳酸锂和五氧化二铌中锂和铌的摩尔比为1 1，氧化铒摩尔量占三种原料总摩尔量的1% 2%。本发明的高掺杂铒离子近化学计量比铌酸锂晶体的制备方法，是通过以下步骤实现的一、称取氧化铒、五氧化二铌和碳酸锂三种原料，然后将三种原料混合均勻得混合料， 其中碳酸锂和五氧化二铌中锂和铌的摩尔比为1 1，氧化铒摩尔量占三种原料总摩尔量的 2% ；二、将步骤一的混合料放入钼坩埚中，升温至750°C 800°C，然后保温2h 4h，再升温至1100°C 1200°C，并保温2 5h，得多晶粉体；三、将步骤二的装有多晶粉体的钼坩埚放入单晶生长炉内，升温至1200 1300°C，然后保温30 60min，得熔液；四、采用提拉法进行晶体生长得晶体，其中控制轴向温度梯度为40 50°C /cm，等径生长阶段控制提拉速度为0. 3 1. 2mm/h，旋转速度20 30rpm，降温速度为0. 3 1. 5°C /h ；五、将步骤四得到晶体在温度为1150 1200°C、电流密度为4 6mA/cm2的条件下极化，极化时间为20 40min，得高掺杂铒离子近化学计量比铌酸锂晶体，完成高掺杂铒离子近化学计量比铌酸锂晶体的制备。本发明步骤一中三种原料的质量纯度均为99. 99%。本发明步骤二中升温至750°C 800°C，然后保温2h 4h的目的是使Li2CO3充分分解，并且使CO2全部挥发。再升温至1100 1200°C，并保温2 5h的目的是将原料中的两种化合物Li2O和Nb2O5发生固体合成反应=Li2O (s)+Nb2O5 (s) — 2LiNb03 (s)，最终了得到的LiNbO3多晶粉末。本发明步骤四中提拉法的具体操作为(1)选取籽晶，然后吊取籽晶，再将籽晶下降到距熔液液面1 2mm处，以15 25rpm(转/分钟)旋转的同时恒温10 30min，然后将籽晶降到熔液液面以下约0. 5 2mm进行缩颈，把籽晶逐渐缩细到直径为1 2mm，再降温0. 1 0. 5°C ； (2)斜放肩生长 在降温速度为0. 5 1. 5°C /h，提拉速度为0. 1 lmm/h下，进行斜放肩生长；(3)收肩当晶体直径达到要求尺寸后，升温2 10°C，进行收肩；(4)等径生长收肩后，采用勻速降温实现等径生长，控制提拉速度为0. 3 1. 8mm/h，旋转速度15 25rpm，降温速度为0. 3 1. 5°C /h ； (5)拉脱停止提拉后升温0. 1 2°C，再保温1 IOmin后，将晶体提拉出熔液液面约5 10mm，然后再以20 80°C /h的速度退火，降至室温。本发明的高掺杂铒离子近化学计量比铌酸锂晶体为浅粉色，为无包裹物、无条纹、 无裂纹等宏观缺陷的高质量晶体。光学测试结果表明，本发明的晶体1.54ym(1540nm)波段光发射强度比掺3mol%铒的同成分铌酸锂晶体(Li Nb = 0. 946 1)提高了 1.78倍， 比低掺杂0.5%铒的同成分铌酸锂晶体(Li Nb = 0. 946 1)提高了 4. 16倍。本发明的高掺杂铒离子近化学计量比铌酸锂晶体的Er3+离子的4Iiv2能级寿命τ达到5. 53ms，与掺3mol%铒的同成分铌酸锂晶体(τ = 4. 14ms)相比延长了 33. 57%，与掺0. 5mol%铒的同成分铌酸锂晶体(τ = 3. 32ms)相比延长了 66. 57%。本发明获得了明显提高的近红外 1.54ym发光强度和显著延长的l.Mym的寿命，将极大推动掺铒铌酸锂晶体发光材料在波导激光放大器于激光器领域的应用。对Er LiNbO3晶体在集成光学中的应用起到了推动作用。本发明采用传统提拉法，结合本发明的具体优化的提拉法工艺参数，简单、低成本的制备得到了大体积的高掺杂铒离子近化学计量比铌酸锂晶体，本发明制备得到的晶体的直径大约为30mm，高度大约20mm。本发明的步骤四中提拉法利用常规手段进行籽晶选取和吊取籽晶后，依次通过引晶、缩晶、斜放肩生长、收肩、等径生长、拉脱和退火后，即完成。本发明步骤四生长出的晶体为浅粉色，直径大约为30mm，高度大约20mm，均为无包裹物、无条纹、无裂纹等宏观缺陷的高质量晶体。本发明的高掺杂铒离子近化学计量比铌酸锂晶体中铒离子的掺杂浓度很高达到 2% 4%。与同成分铌酸锂晶体(Li Nb = 0. 946 1)相比，本发明的近化学计量比铌酸锂晶体减少了晶体中的本征缺陷浓度，因此可以提高的Ι.Μμπι波段发光性能，延长 1. 54 μ m波段寿命。
图1是铌酸锂晶体在在1400 1700nm发射谱上的发射强度曲线图，其中曲线1 是具体实施方式
十六的高掺杂铒近化学计量比铌酸锂晶体的发射强度曲线，曲线2是具体实施方式
十七的高掺杂铒同成分铌酸锂晶体的发射强度曲线，曲线3是具体实施方式
十八的低掺杂铒同成分铌酸锂晶体的发射强度曲线；图2是具体实施方式
十六的高掺杂铒近化学计量比铌酸锂晶体的Er3+离子的4Iiv2能级寿命拟合曲线图；图3是具体实施方式
十七的高掺杂铒同成分铌酸锂晶体的Er3+离子的4Ilv2能级寿命拟合曲线图；图4是具体实施方式
十八的低掺杂铒同成分铌酸锂晶体的Er3+离子的4Iiv2能级寿命拟合曲线图。
具体实施例方式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。
具体实施方式
一本实施方式为高掺杂铒离子近化学计量比铌酸锂晶体，是由氧化铒(Er2O3)、五氧化二铌和碳酸锂三种原料制成的，其中，碳酸锂和五氧化二铌中锂和铌的摩尔比为1 1，氧化铒摩尔量占三种原料总摩尔量的 2%。本实施方式的高掺杂铒离子近化学计量比铌酸锂晶体为浅粉色，为无包裹物、无条纹、无裂纹等宏观缺陷的高质量晶体。光学测试结果表明，本发明的晶体1550nm波段光发射强度比掺3mol%铒的同成分铌酸锂晶体(Li Nb = 0. 946 1)提高了 1. 78倍，比低掺杂0.5%铒的同成分铌酸锂晶体(Li Nb = 0. 946 1)提高了 4. 16倍。本发明的高掺杂铒离子近化学计量比铌酸锂晶体的Er3+离子的4Iiv2能级寿命τ达到5. 53ms，与掺 3mol%铒的同成分铌酸锂晶体(τ = 4. 14ms)相比延长了 33. 57%，与掺0. 5mol %铒的同成分铌酸锂晶体(τ = 3. 32ms)相比延长了 66. 57%。本实施方式获得了明显提高的近红外1. M μ m发光强度和显著延长的l.Mym的寿命，将极大推动掺铒铌酸锂晶体发光材料在波导激光放大器于激光器领域的应用。对Er LiNbO3晶体在集成光学中的应用起到了推动作用。
具体实施方式
二 本实施方式与具体实施方式
一不同的是氧化铒、五氧化二铌和碳酸锂三种原料的质量纯度均为99. 99%。其它参数与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一或二不同的是氧化铒摩尔量占三种原料总摩尔量的1.5%。其它参数与具体实施方式
一或二相同。
具体实施方式
四本实施方式为具体实施一所述的高掺杂铒离子近化学计量比铌酸锂晶体的制备方法，其是通过以下步骤实现的一、称取氧化铒、五氧化二铌和碳酸锂三种原料，然后将三种原料混合均勻得混合料，其中碳酸锂和五氧化二铌中锂和铌的摩尔比为1 1，氧化铒摩尔量占三种原料总摩尔量的 2% ；二、将步骤一的混合料放入钼坩埚中，升温至750°C 800°C，然后保温2h 4h，再升温至1100°C 1200°C，并保温2 5h，得多晶粉体；三、将步骤二的装有多晶粉体的钼坩埚放入单晶生长炉内，升温至1200 1300°C，然后保温30 60min，得熔液；四、采用提拉法进行晶体生长得晶体，其中控制轴向温度梯度为40 50°C /cm，等径生长阶段控制提拉速度为0. 3 1. 2mm/h，旋转速度20 30rpm,降温速度为0. 3 1. 5°C /h ；五、将步骤四得到晶体在温度为1150 1200°C、电流密度为4 6mA/cm2的条件下极化，极化时间为20 40min，得高掺杂铒离子近化学计量比铌酸锂晶体，完成高掺杂铒离子近化学计量比铌酸锂晶体的制备。本实施方式采用传统提拉法，结合本实施方式的具体优化的提拉法工艺参数，简单、低成本的制备得到了高掺杂铒离子近化学计量比铌酸锂晶体，本实施方式制备得到的晶体为浅粉色，为无包裹物、无条纹、无裂纹等宏观缺陷的高质量晶体。本实施方式的步骤四中提拉法利用常规手段进行籽晶选取和吊取籽晶后，依次通过引晶、缩晶、斜放肩生长、收肩、等径生长、拉脱和退火后，即完成。本实施方式步骤四生长出的晶体为浅粉色，直径大约为30mm，高度大约20mm，均为无包裹物、无条纹、无裂纹等宏观缺陷的高质量晶体。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
四不同的是步骤一中五种原料的质量纯度均为99. 99 %。其它步骤及参数与具体实施方式
四相同。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
四或五不同的是步骤一中氧化铒摩尔量占三种原料总摩尔量的1.5%。其它参数与具体实施方式
四或五相同。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
四、五或六不同的是步骤二中升温至750°C，然后保温3h。其它步骤及参数与具体实施方式
四、五或六相同。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
四至七之一不同的是步骤二中 再升温至1150°C，并保温4h。其它步骤及参数与具体实施方式
四至七之一相同。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
四至八之一不同的是步骤三中升温至1250°C，然后保温50min。其它步骤及参数与具体实施方式
四至八之一相同。
具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
四至九之一不同的是步骤四中等径生长阶段控制提拉速度为0. 5 1. Omm/h，旋转速度23 28rpm，降温速度为0. 8 12°C / h。其它步骤及参数与具体实施方式
四至九之一相同。本实施方式中更优的是等径生长阶段控制提拉速度为0. 8mm/h，旋转速度25rpm， 降温速度为1. 0°C /h。
具体实施方式
十一本实施方式与具体实施方式
四至九之一不同的是步骤四中等径生长阶段控制提拉速度为0. 8mm/h，旋转速度25rpm，降温速度为1. 0°C /h。其它步骤及参数与具体实施方式
四至九之一相同。
具体实施方式
十二 本实施方式与具体实施方式
四至十一之一不同的是步骤四中提拉法的具体操作为(1)选取籽晶，然后吊取籽晶，再将籽晶下降到距熔液液面1 2mm处，以15 25rpm(转/分钟)旋转的同时恒温10 30min，然后将籽晶降到熔液液面以下约0. 5 2mm进行缩颈，把籽晶逐渐缩细到直径为1 2mm，再降温0. 1 0. 5°C ；(2)斜放肩生长在降温速度为0. 5 1. 5°C /h，提拉速度为0. 1 lmm/h下，进行斜放肩生长；(3)收肩当晶体直径达到要求尺寸后，升温2 10°C进行收肩；(4)等径生长收肩后，采用勻速降温实现等径生长，控制提拉速度为0.3 1. 8mm/h，旋转速度15 25rpm，降温速度为0. 5 1. 5°C /h ；(5)拉脱停止提拉后升温0. 1 2°C，再保温1 IOmin后，将晶体提拉出熔液液面约5 10mm，然后再以20 80°C /h的速度退火，降至室温。其它步骤及参数与具体实施方式
四至十一之一相同。本实施方式的步骤(1)中选取籽晶和吊取籽晶均采用本领域技术人员常规操作进行。
具体实施方式
十三本实施方式与具体实施方式
四至十二之一不同的是步骤五中将步骤四得到晶体在温度为1180°C、电流密度为5mA/cm2的条件下极化。其它步骤及参数与具体实施方式
四至十二之一相同。
具体实施方式
十四本实施方式与具体实施方式
四至十三之一不同的是步骤五中极化时间为30min。其它步骤及参数与具体实施方式
四至十三之一相同。
具体实施方式
十五本实施方式与具体实施方式
四至十四之一不同的是步骤三中控制升温至1200 1300°C所需的时间为2 池。其它步骤及参数与具体实施方式
四至十四之一相同。本实施方式中，在实际升温过程中大概2到3小时升到1200 1300°C的温度就可以，在升温至700 800°C的阶段，升温速率可以控制的快一些，后面升温至1200 1300°C 可以控制的慢一些，以利于观察熔体的变化。升温速率只要不是突然快速升温超过仪器的承受范围就可以。
具体实施方式
十六本实施方式为高掺杂铒离子近化学计量比铌酸锂晶体，是由氧化铒(Er2O3)、五氧化二铌和碳酸锂三种原料制成的，其中，碳酸锂和五氧化二铌中锂和铌的摩尔比为1 1，氧化铒摩尔量占三种原料总摩尔量的1.5%。晶体的直径大约为30mm， 高度大约20mm。本实施方式中三种原料的质量纯度均为99. 99%。铒离子掺杂量高达3%。本实施方式的高掺杂铒离子近化学计量比铌酸锂晶体的发光强度和寿命均增大。将本实施方式的高掺杂铒离子近化学计量比铌酸锂晶体加工成 20mmX10mmX2mm(ZXXXY)的尺寸的晶片，并进行高精度的光学级抛光，以为光学测试所用。
采用Ti-sapphire激光器激发光源，在激发波长为980nm，激发功率为IOOmW,步长维持在0. 25nm的测试条件下，测试本实施方式的近化学计量比铌酸锂晶体在1400 1700nm发射谱上的发射强度，测试结果如图1中曲线1(实线)所示。以980nm的Ti-sapphire激光器为入射光源，测试本实施方式的高掺杂铒离子近化学计量比铌酸锂晶体在1. 54 μ m处的时间分辨发射谱，Er3+离子的4113/2能级寿命拟合结果如图2中所示，可见，τ =5. 53ms。
具体实施方式
十七本实施方式为对比实验1 高掺杂铒离子同成分铌酸锂晶体， 是由氧化铒(Er2O3)、五氧化二铌和碳酸锂三种原料制成的，其中，碳酸锂和五氧化二铌中锂和铌的摩尔比为0.946 1，氧化铒摩尔量占三种原料总摩尔量的1.5%。本实施方式的高掺杂铒离子同成分铌酸锂晶体的制备方法与具体实施方式
十九的不同之处在于步骤一中称取氧化铒、五氧化二铌和碳酸锂三种原料，然后将三种原料混合均勻得混合料，其中碳酸锂和五氧化二铌的摩尔比为0.946 1，氧化铒摩尔量占三种原料总摩尔量的1.5%。将本实施方式的高掺杂铒离子铌酸锂晶体(同成分铌酸锂晶体)加工成 20mmX IOmmX 2mm(ZXXXY)的尺寸的晶片，并进行高精度的光学级抛光，以为光学测试所用。采用与具体实施方式
十六所述的相同的测试方法对高掺杂铒离子铌酸锂晶体分别进行发射强度和在1. 54 μ m处的时间分辨发射谱的测试，测试结果分别如图1中曲线2和图3 所示。由图3可知，τ = 4. 14msο具体实施方式
十八本实施方式为对比实验2 低掺杂铒离子同成分铌酸锂晶体， 是由氧化铒(Er2O3)、五氧化二铌和碳酸锂三种原料制成的，其中，碳酸锂和五氧化二铌中锂和铌的摩尔比为0.946 1，氧化铒摩尔量占三种原料总摩尔量的0.25%。本实施方式的低掺杂铒离子同成分铌酸锂晶体的制备方法与具体实施方式
十九的不同之处在于步骤一中称取氧化铒、五氧化二铌和碳酸锂四种原料，然后将三种原料混合均勻得混合料，其中碳酸锂和五氧化二铌的摩尔比为0.946 1，氧化铒摩尔量占四种原料总摩尔量的0. 25%。将本实施方式的低掺杂铒离子铌酸锂晶体(同成分铌酸锂晶体)加工成 20mmX IOmmX 2mm(ZXXXY)的尺寸的晶片，并进行高精度的光学级抛光，以为光学测试所用。采用与具体实施方式
十六所述的相同的测试方法对高掺杂铒离子铌酸锂晶体分别进行发射强度和在1. 54 μ m处的时间分辨发射谱的测试，测试结果分别如图1中曲线3和图4 所示。由图4可知，τ =3. 32ms。由图1可见，具体实施方式
十六的高掺杂铒离子近化学计量比铌酸锂晶体的发射强度更强，在1540ηπι(1.54μπι)处有最强的发光强度。本实施方式的高掺杂铒离子近化学计量比铌酸锂晶体1540ηπι(1.54μπι)波段光发射强度比掺3mol %铒的同成分铌酸锂晶体 (Li Nb = 0. 946 1，具体实施方式
十七)提高了 1.78倍，比低掺杂0.5mol%铒的同成分铌酸锂晶体(Li Nb = O. 946 1，具体实施方式
十八)提高了 4. 16倍。对比图2、图3和图4，具体实施方式
十六的高掺杂铒离子近化学计量比铌酸锂晶体的Er3+离子的4Iiv2能级寿命τ达到5. 53ms，与具体实施方式
十七的掺3mol%铒的同成分铌酸锂晶体(τ = 4. 14ms)相比延长了 33. 57%，与具体实施方式
十八的掺0. 5mol%铒的同成分铌酸锂晶体(τ = 3. 32ms)相比延长了 66. 57%。
具体实施方式
十九本实施方式为具体实施方式
十六所述的高掺杂铒离子近化学计量比铌酸锂晶体的制备方法，其是通过以下步骤实现的一、称取氧化铒、五氧化二铌和碳酸锂三种原料，然后将三种原料混合均勻得混合料，其中碳酸锂和五氧化二铌中锂和铌的摩尔比为1 1，氧化铒摩尔量占三种原料总摩尔量的1.5%; 二、将步骤一的混合料放入钼坩埚中，升温至750°C，然后保温汕，再升温至1150°C，并保温4h，得多晶粉体；三、将步骤二的装有多晶粉体的钼坩埚放入单晶生长炉内，升温至1250°C，然后保温50min，得熔液； 四、采用提拉法进行晶体生长得晶体，其中控制轴向温度梯度为40°C /cm，等径生长阶段控制提拉速度为0. 8mm/h，旋转速度25rpm，降温速度为1. 0°C /h ；五、将步骤四得到晶体在温度为1180°C、电流密度为5mA/cm2的条件下极化，极化时间为30min，得高掺杂铒离子近化学计量比铌酸锂晶体，完成高掺杂铒离子近化学计量比铌酸锂晶体的制备。本实施方式步骤一中三种原料的质量纯度均为99. 99%。本实施方式步骤四中所述的提拉法的具体工艺参数，除了步骤的等径生长工艺参数不一样外，其它步骤及参数与具体实施方式
十二相同，采用本实施方式的方法能够得到具有良好发射强度和寿命的高掺杂铒离子近化学计量比铌酸锂晶体。
权利要求
1.高掺杂铒离子近化学计量比铌酸锂晶体，其特征在于高掺杂铒离子近化学计量比铌酸锂晶体是由氧化铒、五氧化二铌和碳酸锂三种原料制成的，其中，碳酸锂和五氧化二铌中锂和铌的摩尔比为1 1，氧化铒摩尔量占三种原料总摩尔量的 2%。
2.根据权利要求1所述的高掺杂铒离子近化学计量比铌酸锂晶体，其特征在于氧化铒、五氧化二铌和碳酸锂三种原料的质量纯度均为99. 99%。
3.根据权利要求1或2所述的高掺杂铒离子近化学计量比铌酸锂晶体，其特征在于氧化铒摩尔量占三种原料总摩尔量的1. 5%。
4.如权利要求1所述的高掺杂铒离子近化学计量比铌酸锂晶体的制备方法，其特征在于高掺杂铒离子近化学计量比铌酸锂晶体的制备方法是通过以下步骤实现的一、称取氧化铒、五氧化二铌和碳酸锂三种原料，然后将三种原料混合均勻得混合料，其中碳酸锂和五氧化二铌中锂和铌的摩尔比为1 1，氧化铒摩尔量占三种原料总摩尔量的 2% ； 二、将步骤一的混合料放入钼坩埚中，升温至750°C 800°C，然后保温2h 4h，再升温至 1100°C 1200°C，并保温2 5h，得多晶粉体；三、将步骤二的装有多晶粉体的钼坩埚放入单晶生长炉内，升温至1200 1300°C，然后保温30 60min，得熔液；四、采用提拉法进行晶体生长得晶体，其中控制轴向温度梯度为40 50°C /cm，等径生长阶段控制提拉速度为 0. 3 1. 2mm/h，旋转速度20 30rpm，降温速度为0. 3 1. 5°C /h ；五、将步骤四得到晶体在温度为1150 1200°C、电流密度为4 6mA/cm2的条件下极化，极化时间为20 40min， 得高掺杂铒离子近化学计量比铌酸锂晶体，完成高掺杂铒离子近化学计量比铌酸锂晶体的制备。
5.根据权利要求4所述的高掺杂铒离子近化学计量比铌酸锂晶体，其特征在于步骤一中氧化铒摩尔量占三种原料总摩尔量的1. 5%。
6.根据权利要求4或5所述的高掺杂铒离子近化学计量比铌酸锂晶体，其特征在于步骤四中等径生长阶段控制提拉速度为0. 5 1. Omm/h，旋转速度23 28rpm，降温速度为 0. 8 1. 2 0C /ho
7.根据权利要求4或5所述的高掺杂铒离子近化学计量比铌酸锂晶体，其特征在于步骤二中升温至750°C，然后保温3h。
8.根据权利要求4或5所述的高掺杂铒离子近化学计量比铌酸锂晶体，其特征在于步骤二中再升温至1150°C，并保温4h。
9.根据权利要求4或5所述的高掺杂铒离子近化学计量比铌酸锂晶体，其特征在于步骤四中提拉法的具体操作为a、选取籽晶，然后吊取籽晶，再将籽晶下降到距熔液液面1 2mm处，以15 25rpm旋转的同时恒温10 30min，然后将籽晶降到熔液液面以下约0. 5 2mm进行缩颈，把籽晶逐渐缩细到直径为1 2mm，再降温0. 1 0. 5°C ；b、斜放肩生长在降温速度为0.5 1. 5°C /h，提拉速度为0. 1 lmm/h下，进行斜放肩生长；C、收肩当晶体直径达到要求尺寸后，升温2 10°C进行收肩；d、等径生长收肩后，采用勻速降温实现等径生长，控制提拉速度为0.3 1.8mm/h，旋转速度15 25rpm，降温速度为0. 5 1. 5°C /h ；e、拉脱停止提拉后升温0.1 2°C，再保温1 IOmin后，将晶体提拉出熔液液面约5 10mm，然后再以20 80°C /h的速度退火，降至室温。
10.根据权利要求4或5所述的高掺杂铒离子近化学计量比铌酸锂晶体，其特征在于步骤五中将步骤四得到晶体在温度为1180°C、电流密度为5mA/cm2的条件下极化。
全文摘要
高掺杂铒离子近化学计量比铌酸锂晶体及其制备方法，涉及铒离子掺杂的近化学计量比铌酸锂晶体及其制备方法。解决现有掺铒离子近化学计量比铌酸锂晶体制备工艺复杂，难以得到高掺杂铒离子近化学计量比铌酸锂晶体的问题。本发明铌酸锂晶体由氧化铒、五氧化二铌和碳酸锂制成，氧化铒占原料总摩尔量的1％～2％。将原料混匀，加热烧得多晶粉体，再加热得熔体，然后提拉生长晶体，再极化处理即可。与掺杂1.5mol％铒同成分铌酸锂晶体相比，本发明铌酸锂晶体在1.54μm波段光发射强度提高4.16倍，Er3+离子的4I13/2能级寿命5.53ms延长66.57％。极大推动掺铒铌酸锂晶体发光材料在波导激光放大器于激光器领域的应用。
文档编号C30B15/00GK102199789SQ20111008680
公开日2011年9月28日 申请日期2011年4月7日 优先权日2011年4月7日
发明者徐衍岭, 王锐, 邢丽丽, 钱艳楠 申请人:哈尔滨工业大学