铋镁双掺铌酸锂晶体的制作方法
【专利说明】
【技术领域】
[0001]本发明属于非线性光学晶体领域，特别是一种铋镁双掺铌酸锂晶体。
【【背景技术】】
[0002]铌酸锂(LiNbO3)晶体是一种多功能，多用途的光电材料。提高晶体的光折变效应可促进晶体在全息存储、光放大等领域的应用，提高晶体的抗光损伤阈值可以促进其在频率转化、Q开关、参量振荡、光波导等领域的应用。离子掺杂可以有效改变铌酸锂晶体的非线性光学性质，一般而言，铌酸锂晶体的掺杂离子可以分为两类:一类如Fe ,Cu,Mn,Ni,Mo,Ce等离子可以增强铌酸锂晶体的光折变效应；另一类如Mg，Zn，Sc，In等离子可以有效的提高铌酸锂晶体的抗光损伤能力。探索高光折变效应，高光折变灵敏度，高抗光损伤能力的离子掺杂铌酸锂晶体，将广泛推动铌酸锂晶体的实际应用。因为光折变与光损伤的一致性，目前未见既可以提高铌酸锂晶体的光折变性质又能提高其抗光损伤性质的报道。
【
【发明内容】
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[0003]本发明的显著特点是弥补了现有技术和材料的不足，提供了一种既能提高光折变灵敏度高，又能增强抗光损伤能力的铋镁双掺铌酸锂晶体。该晶体可用于激光频率转换、参量振荡、调Q开关、电光调制、全息存储及全息显示。
[0004]本发明是通过如下技术方案实现的:
[0005]—种铋镁双掺铌酸锂晶体，由纯度为99.99%的1^0)3、他205、8丨203和1%0制成；其中[Li]和[Nb]的摩尔比为0.90?1.00 ,Bi2O3的掺杂量为0.25?1.0Omol %，MgO的掺杂量为3.00?9.0Omol % 0
[0006]所述铋镁双掺铌酸锂晶体采用提拉法生长制得，具体步骤如下:
[0007]I)将纯度99.99%的1^20)3、恥205』丨203和1%0粉料按照用料配比混合，然后使用星式球磨机以300r/min充分研磨混合2小时，然后在850°C恒温2小时，使Li2CO3充分分解，在1150°C煅烧6小时，使混料充分发生固相反应，即可制得铋镁双掺铌酸锂粉料；
[0008]2)将上述制得的粉料压实，放在铂金坩祸内，采用中频感应加热，采用Czochralski提拉法沿C轴方向按照引晶、拉脖、放肩、等径、收尾的程序步骤生长铋镁双掺铌酸锂晶体;工艺参数为:拉速lmm/h，转速8r/min、熔体内温度梯度0.5?2.0 °C/mm、熔体上方温度梯度0.5?2.(TC/mm。
[0009]本发明的优点及效果:本发明提供一种铋镁双掺铌酸锂晶体。首先，光折变效应增强、光折变灵敏度提高，全息光栅饱和写入时间缩短，使用488nm连续激光进行全息存储实验，光折变衍射效率达17%，响应时间仅170ms，该晶体可应用于全息成像领域。同时，铋镁双掺铌酸锂晶体的抗光损伤阈值达到106mW/cm2，该晶体可用于激光频率转换、参量振荡、调Q开关、电光调制、全息存储及全息显示。
【【具体实施方式】】
[0010]实施例1:
[0011]I)称取纯度99.99%的Li2CO3、Nb205、Bi203和MgO进行配料，其中[Li]与[Nb]的摩尔比为0.90 ,Bi2O3的掺杂量为0.25mol %，MgO的掺杂量为3.0mol %，在星式球磨机上以300r/min充分研磨混合2小时，然后在850 °C恒温2小时，使Li2CO3充分分解，在1150°C煅烧6小时，使混合料充分发生固相反应，即可制得铋镁双掺铌酸锂粉料；
[0012]2)将上述制得的粉料压实，放在铀金i甘祸内，采用中频感应加热，Czochralski提拉法沿C轴方向按照引晶、拉脖、放肩、等径、收尾的程序步骤生长铋镁双掺铌酸锂晶体，工艺参数为:拉速lmm/h，转速8r/min、恪体内温度梯度0.5?2.0°C/mm、恪体上方温梯0.5?2.0°C/mm；
[0013]3)将提拉得到的晶体在1190°C下进行退火单畴化、定向、切割、磨抛工序，制成3mm厚的y向双面光学级抛光的晶片。
[OOM] 我们使用400mw/cm2的532nm，488nm连续激光对银酸锂晶体进行光折变实验，测试结果表明(图1):全息衍射效率分别为0.87 %和3.45 %，光折变响应时间分别为8s和5s，光折变灵敏度为0.094cm2/J和0.097cm2/J，与同成分铌酸锂晶体相比，光折变效应增强，响应时间缩短，灵敏度提高。同时我们使用光斑畸变法对铌酸锂晶体进行抗光损伤能力测试，结果表明(图2(b)):晶体的抗光损伤阈值为7.8X102W/cm2。
[0015]实施例2:
[0016]I)称取纯度99.99%的Li2CO3、Nb205、Bi203和MgO进行配料，其中[Li ]与[Nb]的摩尔比为0.94,Bi2O3的含量为0.5mol%，MgO的含量为5.0mol %，在星式球磨机上以300r/min充分研磨混合2小时，然后在850 0C恒温2小时，使Li2CO3充分分解，在1150 °C煅烧6小时，使混合料充分发生固相反应，即可制得铋镁双掺铌酸锂粉料；
[0017]2)将上述制得的粉料压实，放在铂金坩祸内，采用中频感应加热，采用Czochralski提拉法沿C轴方向按照引晶、拉脖、放肩、等径、收尾的程序步骤生长铋镁双掺铌酸锂晶体，工艺参数为:拉速lmm/h，转速8r/min、熔体内温度梯度0.5?2.0 °C/mm、熔体上方温度梯度0.5?2.(TC/mm;
[0018]3)将提拉得到晶体在119 O °C下进行退火单畴化、定向、切割、磨抛工序，制成3mm厚的y向双面光学级抛光的晶片。
[0019]我们使用400mw/cm2的532nm，488nm连续激光对铌酸锂进晶体进行光折变实验，测试结果表明(图1):全息衍射效率分别为5.0l %和17.24%，响应时间分别为1.8s和Is，光折变灵敏度为I.04cm2/J和3.46cm2/J。相比掺铁铌酸锂晶体，该晶体光折变响应时间缩短一个数量级，光折变灵敏度提高了两个数量级;抗光损伤能力测试结果表明(图2(c)):晶体的抗光损伤阈值为5.8 X 106W/cm2，该晶体可以应用于高光强密度全息存储领域的应用。
[0020]实施例3:
[0021 ] I)称取纯度99.99%的Li2CO3、Nb205、Bi203和MgO进行配料，其中[Li ]与[Nb]的摩尔比为I.00 ,Bi2O3的含量为0.5mol%，MgO的含量为6.0mol %，在星式球磨机上以300r/min充分研磨混合2小时，然后在850 0C恒温2小时，使Li2CO3充分分解，在1150 °C煅烧6小时，使混合料充分发生固相反应，即可制得铋镁双掺铌酸锂粉料；
[0022]2)将上述制得的粉料压实，放在铀金i甘祸内，采用中频感应加热，Czochralski提拉法沿C轴方向按照引晶、拉脖、放肩、等径、收尾的程序步骤生长铋镁双掺铌酸锂晶体;工艺参数为:拉速lmm/h，转速8r/min、熔体内温度梯度0.5?2.0 °C /mm、熔体上方温度梯度0.5?2.0 °C /mm ；
[0023]2)将上述制得的粉料压实，放在铂金坩祸内，采用中频感应加热，采用CZochralski提拉法沿C轴方向按照引晶、拉脖、放肩、等径、收尾的程序步骤生长铋镁双掺铌酸锂晶体;工艺参数为:拉速lmm/h，转速8r/min、熔体内温度梯度0.5?2.0 °C/mm、熔体上方温度梯度0.5?2.(TC/mm;
[0024]3)将提拉得到晶体在1190°C下进行退火单畴化，然后定向、切割、磨抛工序，制成3mm厚的y向抛光的铋镁双掺铌酸锂晶片。
[0025]该晶片与实施例1相同的实验条件下进行光折变实验，测试结果表明(图1):光折变衍射效率分别为7.15 %和17.89 %，光折变响应时间为Is和170ms，光折变灵敏度分别为2.23?112/7和210112/7。在48811111时光折变响应时间可以缩短到0.178。抗光损伤能力测试结果表明(图2(d)):晶体的抗光损伤阈值为:106W/cm2，所述晶体可用于激光频率转换、参量振荡、调Q开关、电光调制、全息存储及全息显示。
【【附图说明】】
[0026]图1实施例铌酸锂晶体的光折变衍射效率及光折变响应时间；
[0027]图2实施例铌酸锂晶体的光斑畸变实验图:光强密度(a)，(c)，(d)5.8X 106mw/cm2；(b)7.8 X 102mw/cm2o
【主权项】
1.一种铋镁双掺铌酸锂晶体，由纯度为99.99%的LiCO3、Nb205、Bi203和MgO制成，其特征为:[Li]和[Nb]的摩尔比为0.90?1.00 ,Bi2O3的掺杂量为0.25?1.0Omol %，MgO的掺杂量为3.0 ?9.0mol % ο2.如权利要求1所述的铋镁双掺铌酸锂晶体，其特征为:所述铋镁双掺铌酸锂晶体可用于激光频率转换、参量振荡、调Q开关、电光调制、全息存储及全息显示。
【专利摘要】本发明属于非线性光学晶体技术领域，涉及一种铋镁双掺铌酸锂晶体，其特征在于铌酸锂晶体中同时掺入Bi2O3和MgO，其中[Li]和[Nb]的摩尔比为0.90～1.00。Bi2O3掺入量为0.25～1.00mol％，MgO的掺杂量为3.00～9.00mol％。本发明提供的铋镁双掺铌酸锂晶体的光折变效应增强、灵敏度提高；同时抗光损伤能力也显著提高，并且易于生长；所述晶体可应用于激光频率转换、参量振荡、调Q开关、电光调制、全息存储及全息显示等领域。
【IPC分类】C30B15/00, G02F1/03, G02F2/02, C30B29/30
【公开号】CN105624790
【申请号】CN201610114580
【发明人】孔勇发, 郑大怀, 刘士国, 许京军, 徐培明, 卞志勇, 陈绍林, 张玲, 刘宏德
【申请人】南开大学, 泰山体育产业集团有限公司
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2016年3月1日