双掺铌酸锂晶体的制作方法

专利名称：双掺铌酸锂晶体的制作方法
双掺铌酸锂晶体fe^领域本发明属于非线性光学晶微术领域。
背景技术：
铌酸锂晶体是一种多功能，多用途的光电材料。光折变安M是铌酸锂晶体的一个重 要特性，它开拓了晶 三维光全息存储、光放大、信息处理等方面的应用。^fg酸锂晶体是 三维光折变全息存储的首选材料之一，但它存在明显的缺点即响应时间长，抗光舰能力差。
在前期的研究中，我们发现在ft^,晶体中對錢離光折变离子，如Mg+、 Zn2+、 In3+，能 有效i鹏高铌酸锂晶体的光折变性醋"。但题些观,酸锂晶体还存在一些不足，如掺杂阈值浓 度高，W^C邻縣数不等于1， ^x佳生长出高光学品质的晶体。
我们離的研究发现，铪铁观繊,晶体比± 鄉酸锂晶粘光折变性會让有了很好 的改善，在皿高衍射效率的情况下，响应时间进一步縮短，灵,进一步提高，且掺杂阈值浓 度也有所斷氐[2]。但是无论是晶体的光学质sa是光折变性能，f^^tfg酸锂晶体还不够理想。
因此，寻找誠的掺杂离子以提高铌酸锂晶体的光折变性能，对iSSH维体全息存储的应用是十 分觀的。

发明内容本发明的目的是克服现有技术存在的战不足，鹏一种锆镇双掺铌酸锂晶体。它
具有光折变响顿度快、灵敏高，掺杂阈值低，晶体光学质:SJ子的优点，是一种理想的三维全
息存储材料。
本发明鹏的锆钱观t!S酸锂晶体，是在铌,晶体中同附参入铁离子Fe3+和锆离子Zr4+， 其中Fe203的掺杂范围是0.01~0.05 wt%， ZtO2的掺入量范围是0.4~6.0 mol%。
f^^辨尼,晶体的第恪是用提拉法生长。
本发明具体鄉步骤
(1) 称取计離成的金属元素Li2C03 、 NbzOs 、 FezOs 、 ZrOz ，其中，Fe203为0.01~0.05 wt%， ZrO2为O.W.O mol%，在150°C下恒温2小时将粉料烘干，然后在混料禾/Lh充分混合24小时，在 850°C恒温2~6小时，使Li2C03充分分解，在1100°C煅烧2~8小时舰掺織,粉料。
(2) 将该粉料压实，放于白金柑埚内，用中频炉加热，Czochralski提拉法沿c轴方向按J維、 鹏、等径、鹏等过程生做惨铌,晶体，J魏l 3mm，繊l(M4rpm，气液驢20。C， 熔体内,梯度1.5 3.0。C/mm，熔体上方温梯为1.0 2.0。C/mm。
(3) 生长后的晶f枯1200°C单畴化、退火，经定向、切害ij、磨抛等工序，可得锆铁双J繊酸
锂晶体样品。
本发明的优点及鄉本发明離的m^fl,晶條有掺杂阈值低，光折变性能优异， 易生长靴点。锆离子在铌,晶体中的掺杂阈值鹏仅为2moP/。，且邻縣i^fi于1.0，易于 生长高品质的晶体。微观繊,晶條保持较高的衍射效率的同时，响应时间比掺铁铌M 晶体縮短了 2个識，可比^M繊鹏晶体J^Wfi 1个M，比I&^^,M晶体縮短5 倍；灵鹏比f^X 魏,晶鹏高了2 3倍。
本发明鹏的锆微t繊,晶体，具有优于其它双掺(如纖、铟铁、锌铁、f微)铌酸 锂晶体光折变性能的特点，扫维体全息存储方面具有巨大的市场細前景。
具体实lfe^;l
实施例1:
称取1 mol。/。的Zr02、 0.03 wt。/。的Fe2C)3和[Li2C03]/[Nb205] = 0.94的料。在150°C下恒温2小 时将粉料烘干，然后在混料ai:充分混合24小时，在850。C恒温3小时，使1^20)3充分分解，在 H00。C煅烧4小时成双掺， 粉料。(2)将该粉料压实，放于白金坩埚内，用中频炉加热， Czochralski提拉法沿c轴方向按鹏、鹏、^g、鹏等过程生顿掺铌MI里晶体，腿1腿， 織10ipm，气液鹺20。C，熔体内鹏梯度2.0°(:/腿，熔体上方温梯为1.5°C/mm。 (3)生长后 的晶條1200。C单靴、退火，经定向、切割、磨抛等Xm，可得锆^^繊,晶蹄品。通 过全息法检测(波长532nm)，该晶体的光折变衍射效率为26.7%, 口向应时间为2,2s，灵驗超ij 13.67 cm/J。
实施例2:
称取3 mol。/。的Zr02、 0.02 wt。/。的FejC^和[1^2(:03]/[>^205] = 0.95的料。在150°C下恒温2小 时将粉料烘干，然后在混料IHJ:充分混合24小时，在850。C恒温4小时，使Li2C03充分分解，在 U00。C鹏6小时舰掺雑,粉料。(2)将该粉料压实，放于白金坩埚内，用中频炉加热， Czochralski提拉法沿c轴方向按繊、鹏、難、iBcM等过程生顿^f尼,晶体，牛魏1.5 mm， 織12rpm，气液^M20。C，熔体内鹏梯度1.5°C/mm，熔体上方温梯为1.0°C/mm。 (3)生长后 的晶條1200°(:单畴化、退火，经定向、切割、磨抛等xm可得锆^5^fg,晶雜品。通 过全息法检测(波长532nm)，该晶体的光折变衍射效率为32.7%，响应时间为1.8s，灵驗超lj 13.46 cm/J。
实施例3:
称取5mol。/。的Zr02、 0.03 wf/。的Fe2C)3和[Li2C03]/[Nb20s] = 0.96的料。在150。C下恒温2小 时将粉料烘干，然后在混料aJ:充分混合24小时，在850。C恒温6小时，使1^2(:03充分懒#，在 U00。C鹏8小时成双掺^g,粉料。(2)将该粉料压实，放于白金柑埚内，用中频炉加热， Czochralski提拉法沿c轴方向按離、方爐、等径、鹏等过程生顿^fg離晶体，舰2,5mm， 12rpm，气液MM20。C，熔体内，梯度2.5°C/mm，熔体上^"温梯为2.0°C/mm。 (3)生长后 的晶條1200。C单畴化、退火，经定向、切割、磨抛等Xm，可得m^掺铌,晶储品。通 过全息法检测(波长532nm)，该晶体的光折变衍射效率为42.2%,响应时间为2.23，灵鹏超lj 12.61 cm/J。
以JlH个实例证明本发明的微铌離晶体是一种光折变性能优异的三维体全息存储材料。
参考文献孑L勇发，许京军，李冠告，# ，张国权，黄晖，黄自恒，陈绍林，张光寅，观,勝里晶体，
专利号ZL00121092.0。 Shuqi Li, Shiguo Liu^ Yongfa Kong, Jingjun Xa Guangyin Zhang, Enhanced photorefractive properties ofLiNb03:Fe crystals by Hf02cO"doping,Appl.Phys. Lett" 89 (2006) 101126 。
权利要求
1、一种双掺铌酸锂晶体，其特征在于该晶体中同时掺入铁和锆，其化学式可表示为LiNb03:Fe，Zr，其中Fe2O3的掺杂范围是0.01～0.05wt％，ZrO2的掺杂范围是0.4～6.0mol％。
2、 权利要求l附兑的观tKgMli晶体的制备方法，赚征在于它包括下述步骤(1 )称取iti^贼鍋元素的Li2C03、Nb205、 Fe203以及ZrOz,其中，Fe2()3为0.01~0.05 wt%， 加2为0.4^6.0 mol%，在150'C下恒温2小时将粉料烘干，充分混合24小时，在850 。C恒温2~6小时，使Li2C03分解，在110(TC'j:鹏2 8小日射寻至i藤繊,粉料；(2) 将粉料压实放于白金坩埚中，用中频炉加热，Czochralski提拉法沿c轴方向按鹏、放肩、等径、鹏即可得至U双鄉離晶体，其中，腿l 3mm，織l(M4rpm，气 液驢20。C，熔体内鹏梯度1.5~3.0°C/mm，熔体上方鹏梯度为1.0~2.0°C/mm;(3) 将晶條12(XTC辆化、退火，经定向、切割、磨抛等ID^，可得到微双t繊,晶
3、 权利要求l附兑的观對尼,晶体，細于三维体全息存储材料。
全文摘要
一种双掺铌酸锂晶体，本发明属非线性光学晶体领域。其化学式可表示为LiNbO₃∶Fe，Zr，其中Fe₂O₃的掺杂范围是0.01～0.05wt％，ZrO₂的掺杂范围是0.4～6.0mol％。本发明将抗光折变掺杂离子Zr⁴⁺和光折变离子Fe³⁺共同掺入铌酸锂晶体中，具有掺杂阈值低，易于生长出高品质晶体的特点，且晶体具有优异的光折变性能，其光折变响应时间比掺铁铌酸锂晶体缩短两个量级，比镁铁双掺铌酸锂晶体减少近1个量级，比铪铁双掺铌酸锂晶体缩短了五倍；光折变灵敏度比铪铁双掺铌酸锂晶体提高了2～3倍。本发明之锆铁铌酸锂晶体，具有优于其它双掺(如镁铁、铟铁、锌铁、铪铁等)铌酸锂晶体光折变性能的特点，因此在三维体全息存储的应用上具有巨大的市场前景。
文档编号G02F1/35GK101169569SQ200710150590
公开日2008年4月30日 申请日期2007年11月30日 优先权日2007年11月30日
发明者刘士国, 吴胜青, 孔勇发, 玲 张, 许京军, 陈绍林, 黄自恒 申请人:南开大学