[发明专利]大尺寸掺杂铌酸锂晶体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种光学晶体，特别是一种大尺寸掺杂铌酸锂晶体(LiNbO₃)。本发明还涉及一种大尺寸掺杂铌酸锂晶体的制备方法。

背景技术

LiNbO₃是一种集压电、热电、铁电、电光、声光、光弹、非线性、光折变及激光活性等多种效应于一身的人工晶体，实施不同掺杂后能呈现出各种各样的特殊性能，是至今人们所发现的光子性能最多、综合指标最好的晶体。LN晶体具有十分广阔的市场应用前景，其在工程领域已得到广泛应用，用它制作的器件有声表面波器件、高频高能换能器、红外探测器、激光调制器、激光倍频器、光学参量振荡器、无线电高频带通滤波器、延迟线、光放大器、光开关、光学存储器和光波导器件等。

众所周知，晶体的尺寸越大，制备的电子元器件集成度也越高，所以生长大尺寸的铌酸锂晶体具有很强的工程应用价值。但同时，由于LiNbO₃是在高温下通过熔盐法制备的，晶体尺寸越大，残余热应力也就相应变大，容易导致晶体开裂。目前报道的未掺杂铌酸锂晶体尺寸已达到200mm。在实际应用领域，为了满足对特定功能的需求，必须对LiNbO₃进行掺杂改性，如掺入铁、锰、铜、铈等离子能改善其光折变性能，掺入锌、镁、铟、钪等离子能提高其抗光致散射性能，掺入稀土元素如铒、镱、镨等能得到激光晶体。掺杂离子一方面能显著改善晶体的某些性能，但同时又引起晶体产生很大的结构畸变，在生长过程中也容易引起晶体开裂，所以大尺寸掺杂LiNbO₃的制备就变得十分困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种晶体直径大，无明显宏观缺陷，光学均匀性较好的大尺寸掺杂铌酸锂晶体。本发明的目的还在于提供一种大尺寸掺杂铌酸锂晶体的制备方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的大尺寸掺杂铌酸锂晶体是由Li₂CO₃与Nb₂O₅高纯粉末及掺杂剂，通过提拉法从熔盐中制备得到。

所述Li₂CO₃与Nb₂O₅高纯粉末原料采用同成份配比，即[Li₂CO₃]/[Nb₂O₅]＝48.6/51.4。

所述掺杂剂加入量分别为：光折变介质Fe、Mn、Cu或Ce掺入量为0.01-0.1wt.％；抗光致散射介质MgO掺入量1-6mol％、ZnO掺入量1-7mol％、In₂O₃掺入量0.5-3mol％或Sc₂O₃掺入量0.5-3mol％；Er、Yb或Pr稀土元素掺入量0.1-1wt.％。

本发明的大尺寸掺杂铌酸锂晶体的制备方法为：

1、按照Li₂CO₃/Nb₂O₅＝48.6/51.4；掺杂剂加入量分别为：光折变介质Fe、Mn、Cu或Ce掺入量为0.01-0.1wt.％，抗光致散射介质MgO掺入量1-6mol％、ZnO掺入量1-7mol％、In₂O₃掺入量0.5-3mol％或Sc₂O₃掺入量0.5-3mol％，Er、Yb或Pr稀土元素掺入量0.1-1wt.％；充分混合均匀后放在铂金坩埚内，首先在650-700℃下恒温2个小时，使CO₂从Li₂CO₃中慢慢分解掉；

2、接下来升温到1100-1200℃，恒温3小时，使Nb₂O₅与Li₂O充分进行固相反应，合成出LiNbO₃多晶料；

3、利用中频加热合成的LiNbO₃多晶料，利用提拉法，按引晶、放肩、等径生长、拉脱和退火过程生长大尺寸掺杂铌酸锂晶体，温度梯度5-10℃/cm，提拉速度1-1.5mm/小时，旋转速度2-4rpm/min；

4、对生长的LiNbO₃进行极化处理，极化温度1200℃，极化电流为5mA/cm²，通电时间30分钟，然后退火，得到单畴化大尺寸掺杂LiNbO₃晶体。