[发明专利]一种单掺铀铌酸锂晶体及其制备方法

说明书

本发明提供了一种单掺铀铌酸锂晶体及其制备方法。本发明的单掺铀铌酸锂晶体是以纯度为99.99wt％Li₂CO₃、99.99wt％Nb₂O₅及纯度≧99.99％的UO₂为原料，其中，UO₂的掺杂量为0.6～2.0mol％，[Li]和[Nb]的摩尔比为0.937。制备步骤为:首先称取各原料充分研磨混合后烧结；再将研磨烧结后的多晶粉料放入铂金坩埚中采用坩埚下降法生长铀掺杂铌酸锂晶体。本发明的单掺铀铌酸锂晶体与同成分的铌酸锂晶体相比较，单晶质量较高且易于生长、其光折变效应增强、灵敏度提高；本发明的掺铀铌酸锂晶体有望推动铌酸锂晶体材料在全色全息存储及全息显示等领域的应用，并具有很大的市场应用前景。

技术领域

本发明涉及一种单掺铀铌酸锂晶体及其制备方法，属于非线性光学晶体技术领域。

背景技术

铌酸锂(LiNbO3,LN)晶体是一种具有电光、声光、压电、光折变等物理性能于一体的重要的多功能、多用途人工材料。其自身诸多优异的性能使得其一直被高度誉为“光子学中的硅”被广泛应用于全息存储、三维全息显示、集成光学器件、光通信调制器等诸多领域，是最重要的多功能材料。近年来，随着全息数据存储技术的发展，LN晶体因其优异的光折变特性被认为是新一代全息存储应用中最具竞争力的候选材料之一。掺杂是调节LN晶体光折变特性的一项重要技术。特别是，具有多价态的可变金属离子掺杂，杂质离子的掺入引入了相应的杂质缺陷能级，这让LN晶体的光折变特性得到大幅度提高，对其成功实现全息存储具有至关重要的作用。

到目前为止，LN晶体作为重要的全息介质材料之一，低衍射效率和灵敏度以及长响应时间，限制了它在全息存储实现商用化方面的应用，如果能成功地在LN中掺杂三种或三种以上可变价的掺杂离子，就可以在不同波长同时实现全息，可称之为“全彩色全息存储”。这使得寻找新的光折变掺杂离子，提升LN晶体光折变响应速度成为了学者们研究的热点之一。

基于以上分析，具有多种价态且稳定性良好的铀离子可作为合适的掺杂离子。其一般包括+3、+4、+5、+6价态等。尤其是U⁴⁺的半径与Zr⁴⁺相似，UO₂的熔点也与ZrO₂相近。经研究发现，目前未见探究掺铀铌酸锂晶体的光折变性能的报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：LN晶体作为重要的全息介质材料之一，低衍射效率和灵敏度以及长响应时间，限制了它在全息存储实现商用化方面的应用。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种单掺铀铌酸锂晶体，制备原料包括纯度为99.99wt％Li₂CO₃、99.99wt％Nb₂O₅及纯度≧99.99％的UO₂，其中，UO₂的掺杂量为0.6～2.0mol％，[Li]和[Nb]的摩尔比为0.937。

本发明还提供了上述的单掺铀铌酸锂晶体的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：将Nb₂O₅粉料加热去氟处理，而后将Li₂CO₃、去氟处理后的Nb₂O₅粉料以及UO₂充分研磨混合后，置于马弗炉中烧结处理，得到掺铀铌酸锂粉料；

步骤2：将步骤1所得掺铀铌酸锂粉料研磨后装入Pt坩埚中，采用坩埚下降法进行晶体生长；生长出棕褐色的、无裂纹、无明显生长条纹的晶体；

步骤3：步骤2所得晶体在加热条件下，通过电流极化处理，使晶体形成单畴结构，得到单掺铀铌酸锂晶体。