一種鋯銅鈰三摻鈮酸鋰晶體及其製備方法
2023-05-11 19:42:51 2
專利名稱：一種鋯銅鈰三摻鈮酸鋰晶體及其製備方法
一種鄉鈰三繊,晶體及其製備方法駄領域本發明屬於非線性光學晶體及其制紐術，特別是一種糊鈰三!緣酸鋰晶體 及其製備方法。背景駄鈮,晶體是一種集電光、聲光、壓電、非線性、光折變等 贓於一身的AX 晶體，尤其是鄉不同摻雜後倉程現出不同的物理性能，超今人們所發現的光子 學性能最多、餘指標最好的晶體，被認為是"光學矽"的主要fi^材料之一。鈮 ,晶體由於其良好的光折變性能，被認為是體全息存儲技術的理想材料， 一鼓 國內外的研究熱點。M在鈮酸鋰晶體中摻入不同的雜質離子可以實現晶體光折變 性能(響應時間、靈驗、衍射效率等)的調控。在鈮,晶體中同附參入一種抗 光折頓子和一種光折變離子，會,顯著縮短響應時間，提高晶體光折變靈驗，特別是同HW入^^素，倉辦使鈮M晶體光折變響應時間達到1.8s，但是皿 雙慘晶體體全息存儲中，讀取過禾就已存儲信息具有擦除作用，不能實現非揮發全 息存儲。在鈮,晶體中同時摻入兩種不同的光折變逝度金屬離子，例如Fe2+/3+、 Mn2+/3+、 Qi+/2+、 Ce淮等，能夠實艦色非揮發全息存儲，而銅鈰雙摻鈮,由於具 撤高的飽和衍射效率和樹氐的光娜，被作為非揮發全息存儲的理想材料。但是 銅鈰雙,酸鋰晶條在明顯的不足，即全息剤紐程中靈驗過低，寫入光柵時 間過長，嚴重限制了鈮,晶條實時全息存儲中的應用。因此，M在鈮,晶體中加入新的摻雜，以改變晶體性能，提高光折變靈tte，對鈮 晶##揮發存儲的實用化是非^r^的。
發明內容本發明的目的是針對i^存在問題，鵬一種靈驗高、光柵寫入時間短、可 實現非揮發全息存儲的1^鈰三 晶體及其製備方法。 本發明的技術方案一種糊鈰三鄉,晶體，由純度為99. 99%的Li2C03、 Nb205、 Zr02、 Cu0和 CeA製成，其中Li與Nb的摩爾比為0. 92 1. 44， Zr02的摻雜量為0. 3 mol% 12. 0 mol%， Cu0的摻雑為0. 005 wt% 0. 2 wt%， Ce203的摻雜量為0. 005 wt% 0. 2 wt%。一種臓糊鈰三!繊,晶體的製備方法，採用提拉法生長製成，步驟如下: 1)將純度為99.99%的"20)3、 Nb205、 Zr02、 Cu0和CeA粉豐被用料比混合，在 3小時將粉料烘乾，然後在混料ai:充分混合12小 時 48小時，在750。C 900。C恆溫1. 5小時 3小時，使"20)3充分分解，1050°C 1200°C煅燒1. 5小時 3小時，即可製得翻鈰三J繊,粉料；2)將戰製得的粉料壓實，放於白金坩堝內，用中頻爐加熱，翻Czochralski 提拉法沿c軸方向按離、方媳、等徑、鵬禾驕生長糊鈰三!繊,晶體，工 藝參數為拉速O. 3腿 1. 5咖、轉速10 rpm 20 rpm、氣液溫差15。C 25。C、熔 體內鵬梯度0. 5。C/mm 2. 0。C/跳熔體上方溫梯0. 5。C/mm 2. 0。C/mm。本發明的優點及效果本發明麟的糊鈰三摻鈮,晶體具有靈驗高、能 妓縮短光柵寫入時間和實現非揮發全息存儲靴點，例如利用365 nm的紫外光 作為泵浦光、532nm雷射作為記錄光，在糊鈰三J錄,晶體中很好的實現了非 揮發存儲，靈tt達到0. 098cm/J，比雙 鈰鈮酸鋰晶鵬高了 10倍以上，為鈮 M非揮發全息存儲的市場化衛共了可行性，具有巨大的應用前景。具體^^式1) 稱取純度為99. 99%的Li2C03、 Nb205、 Zr02、 Cu0和06203進行配料，其中Li 與Nb的摩爾比為0.94， Zra的含量為2 mol%， CuO的含量為0. 01 wt%， CeA的含 量為0.085 wt%，在150°C下恆溫2小時將粉料烘乾，然後在混料禾ilh充分混合24 小時，在850°C恆溫2小時，使"￡03充分分解，在1100°C煅燒2小^#到糊鈰 三,酸鋰粉料；2) 將該粉料壓實，放於白金柑堝內，用中頻爐加熱，採用Czochralski提拉 法沿c軸方向按離、方媳、攀麼鵬禾聘生長糊鈰三J繊,晶體，工藝參 數為拉速1 mm，轉速14 rpm，氣液驢20。C,熔體內鵬梯度1. 5。C/mm，熔體上 方溫梯為1. 0。C/咖；3) 將生長後的晶條1200°C下進行單疇化、退火，經定向、切割、磨贓序， 即可製成3 mm厚的y切向拋光，鈰三^fg酸鋰晶體。為了測試晶體性能，採用50 mW/cm2的365 nm紫外光作為敏化光、400 mW/cm2 的532 nm的異常光作為相干光，在晶體中實現了非揮發全息存儲，檢測結果表明 固定衍射效率為6. 3%，靈敏度為0. 098 cm/J，與雙M鈰鈮M晶體相比性能提 高了 10倍以上。1)稱取純度為99. 99%的Li2C03、 Nb205、 Zr02、 Cu0和06203進行配料，其中Li 與Nb的摩爾比為0. 94， Zr02的含量為6 mol%， CuO的含量為0. 005 wt%， CeA的 含量為0.085 wt%，在100°C下恆溫3小時將粉料烘乾，然後在混料lnJ:充分混合12小時，在750。C恆溫3小時，使Li2C03充分分解，在1050°C煅燒3小時，即可 製得糊鈰三摻鈮,粉料；2) 將戰製得的粉料壓實，放於白金坩堝內，用中頻爐加熱,採用Czochralski 提拉法沿c軸方向按離、鵬、等徑、鵬禾聘生長糊鈰三鄉離晶體，工 藝參數為繊0.3咖、織10 rpm、氣液驢15。C、熔體內鵬梯度0. 5。C/mm、 熔體上方溫梯O. 5。C/mm;3) 將生長後的晶條1200。C下進行單疇化、退火，經定向、切割、磨 :序， 即可製成3mm厚的y切向拋光，鈰三 酸鋰晶體。該晶片在與實施例1相同的實驗劍牛下進行非揮發全息存儲，檢測結果表明 固定衍射效率為5. 8 %，靈M為0. 075 cm/J。1) 稱取純度為99. 99%的Li2C03、 Nb205、 Zr02、 CuO和06203進行配料，其中Li 與Nb的摩爾比為0. 94， Zr02的含量為8 mol%， CuO的含量為0. 085 wt%， Ce2a的 賴為0.1 wt%，在300°C下恆溫1小時將粉料烘乾，然後在混料豐;Lh充分混合48 小時，在900°C恆溫1. 5小時，使Li2C03充分爐，在1200°C煅燒1. 5小時，即可 製得糊鈰三摻鈮,粉料；2) 將戰製得的粉料壓實,放於白金柑堝內，用中頻爐加熱,採用Czochralski 提拉法沿c軸方向按繊、方媳、等徑、鵬禾聘生長糊鈰三摻鈮,晶體，工 藝參數為繊1.5咖、魏20 rpm、氣液驢25。C、熔體內鵬梯度2. 0。C/mm、 熔體上方溫梯2. 0。C/mm;3) 將生長後的晶條1200°C下進行單疇化、退火，經定向、切割、磨贓序， 即可製成3mm厚的y切向拋光糊鈽三 晶體。該晶片在與實施例1相同的實驗斜牛下進行非揮發全息存儲，檢測結果表明 固定衍射效率為6. 0 %，靈,為0. 080 cm/J。 實施例4:製備方法和步驟與鄉例1基糊同，不同之處魏度為99. 99%的Li2C03、 Nb205、 Zr02、 CuO和Ce203的配料情況，其中Li與Nb的摩爾比為0. 94， Zr02的^M 為10moiy。， Cu0的含量為0.1 wt%， CeA的含量為O. 1 wt%，同樣最後製成3ran厚 的y切向拋光測鈰三l魏,晶體。該晶片在與實施例1相同的實驗劍牛下進行 非揮發全息存儲，檢測結果表明固定衍射效率為5.6 %,靈敏度為0.057 cni/J。製備方法和步驟與鄉例1基本相同，不同之處魏度為99. 99%的Li2C03、 Nb205、 Zr02、 CuO和Ce203的配料情況，其中Li與Nb的摩爾比為0. 94， Zr02的含量為12moiy。， Cu0的^S為0.1 wt%， Ce203的含量為0.2 wt%，同樣最後製成3咖厚 的y切向拋光翻鈰三fffg酸鋰晶體。該晶片在與實施例1相同的實驗剝牛下進行 非揮發全息存儲，檢測結果表明固定衍射效率為5.9%，靈tt為0. 030cm/J。製備方法和步驟與鄉例1基糊同，不同之處^W為99. 99%的Li2C03、 Nb205、 Zr02、 Cu0和CeA的配料情況，其中Li與Nb的摩爾比為1. 44， Zr02的含量 為0.3mol呢，Cu0的含量為0. 2 wt%， Ce203的含量為0. 05 wt%，同樣最後製成3mm 厚的y切向拋光^H鈰三^fg,晶體。該晶片在與鄉例1相同的實驗剝牛下進 行非揮發全息存儲，檢測結果表明固定衍射效率為5.4%，靈 為0. 082cm/J。鄉例7:製備方法和步驟與鄉例1基本相同，不同之處是純度為99. 99%的Li2C03、 Nb205、 Zr02、 CuO和Ce203的配料情況，其中Li與Nb的摩爾比為1. 2， Zra的， 為1 mol%, Cu0的賴為0. 2 wt%， Ce203的含量為0. 025 wt%，同樣最後製成3咖 厚的y切向拋光糊鈰三 晶體。該晶片在與實施例1相同的實驗剝牛下進 行非揮發全息存儲，檢測結果表明固定衍射效率為4.7%，靈敏度為0. 051cm/J。製備方法和步驟與鄉例1基本相同，不同之處是純度為99. 99%的Li2C03、 Nb205、 Zr02、 Cu0和CeA的配料情況，其中Li與Nb的摩爾比為1. 0， Zra的， 為1.5moB， Cu0的含量為0. 05 wt%， CeA的含量為0. 01 wt%，同樣最後製成3mm 厚的y切向拋光^H鈰三WS酸鋰晶體。該晶片在與實施例1相同的實驗^(牛下進 行非揮發全息存儲，檢測結果表明固定衍射效率為5.2%，靈 為0. 037cm/J。製備方法和步驟與實施例1基 @同，不同之處，度為99.99%的Li2C03、 Nb205、 Zr02、 CuO和Ce203的配料瞎況，其中Li與Nb的摩爾比為0. 92， Zr02的含量 為4瓜01%， Cu0的含量為0. 025 wt%， 06203的含量為0.005機％，同樣最後製成3mm 厚的y切向拋光糊鈰三WS,晶體。該晶片在與實施例1相同的實驗割牛下進 行非揮發全息存儲，檢測結果表明固定衍射效率為4.3%，靈敏度為0. 063cm/J。
權利要求
1、一種鋯銅鈰三摻鈮酸鋰晶體，其特徵在於由純度為99.99％的Li2CO3、Nb2O5、ZrO2、CuO和Ce2O3製成，其中Li與Nb的摩爾比為0.92～1.44，ZrO2的摻雜量為0.3mol％～12.0mol％，CuO的摻雜量為0.005wt％～0.2wt％，Ce2O3的摻雜量為0.005wt％～0.2wt％。
2、 一種如權利要求1所述鋯銅鈰三摻鈮酸鋰晶體的製備方法，其特徵在 於採用提拉法生長製成，步驟如下1) 將純度為99. 99%的Li2C03、 Nb205、 Zr02、 CuO和Ce203粉料按用料比混 合，在100。C 300。C下恆溫1小時 3小時將粉料烘乾，然後在混料機上充 分混合12小時 48小時，在750。C 900。C恆溫1. 5小時 3小時，使Li2C03 充分分解，1050。C 1200。C煅燒1.5小時 3小時，即可製得鋯銅鈰三摻鈮 酸鋰粉料；2) 將上述製得的粉料壓實，放於白金坩堝內，用中頻爐加熱，採用 Czochralski提拉法沿c軸方向按拉脖、放肩、等徑、收尾程序生長鋯銅鈰 三摻鈮酸鋰晶體，工藝參數為拉速0.3mm 1.5mm、轉速10 rpm 20 rpm、 氣液溫差15。C 25。C、熔體內溫度梯度0.5。C/mm 2. 0°C/ram、熔體上方溫梯 0, 5。C/mm 2. 0oC/mm。
全文摘要
一種鋯銅鈰三摻鈮酸鋰晶體，由純度為99.99％的Li2CO3、Nb2O5、ZrO2、CuO和Ce2O3製成，其製備方法是採用提拉法，1)將粉料按用料比混合，烘乾後在混料機上攪拌，使Li2CO3充分分解；2)將上述製得的粉料壓實，用中頻爐加熱，採用提拉法沿c軸方向按拉脖、放肩、等徑、收尾程序生長鋯銅鈰三摻鈮酸鋰晶體。本發明的優點及效果鋯銅鈰三摻鈮酸鋰晶體具有靈敏度高、能大大縮短光柵寫入時間和實現非揮發全息存儲等優點，在鋯銅鈰三摻鈮酸鋰晶體中能很好的實現了非揮發存儲，靈敏度比銅鈰雙摻鈮酸鋰晶體提高了10倍以上，為鈮酸鋰非揮發全息存儲的市場化提供了可行性，具有巨大的應用前景。
文檔編號C30B29/10GK101597801SQ20091006885
公開日2009年12月9日 申請日期2009年5月15日 優先權日2009年5月15日
發明者劉士國, 劉富才, 孔勇發, 玲 張, 許京軍, 陳紹林, 黃自恆 申請人:南開大學