一種採用新型助熔劑熔鹽法生長RbTiOPO<sub>4</sub>晶體的方法
2023-11-06 05:56:57 3
專利名稱：一種採用新型助熔劑熔鹽法生長RbTiOPO4晶體的方法
技術領域：
本發明涉及晶體生長領域，特別是指一種採用新型助熔劑熔鹽法生長RbTiOPO4晶體的方法。
背景技術：
RbTiOPO4是一種用於高重複頻率的新型電光晶體，其應用範圍為0.8μπι
3.0ym0 RbTiOPO4與KTiOPO4具有相似的晶型結構，卻擁有比KTiOPO4更優良的電光性質:電導率低、電光係數大、損傷閾值高、低電壓效應寬，因此此110 04成為高重複頻率電光調Q和光調製領域內的理想材料。然而，RbTiOPO4存在的晶體完美性差、電導率高、耐電壓不夠等問題，限制了它在電光領域的應用。目前RbTiOPO4晶體主要採用熔鹽法生長，一般採用固相合成(Journalofcrystal growth, 1992，125 (639-643))原料 RbH2PO4,之後在原料 RbH2PO4 中加入 Rb2C03、TiO2高溫下反應生成RbTiOPO4熔質與多磷酸鹽助熔劑的均勻的高溫溶液，再接著緩慢降溫使熔質RbTiOPOj^慢析出結晶在籽晶上。這種固相合成的方法，在晶體生長的過程中，容易引進雜質離子缺陷，繼而導致RbTiOPO4晶體具有高的電導率。另外，現有熔鹽法使用的助熔劑一般為 Rb6P4O13 體系(Journal of crystal growth，2002，245(289-296))，該助熔劑粘度大、傳質差，生長晶體容易出現條紋及離子空位等問題，晶體光學均勻性差，電導率10_9 l0.S/cm左右，無法滿足高重複頻率電光調Q的要求。
發明內容
本發明提出一種採用新型助熔劑熔鹽法生長RbTiOPO4晶體的方法，解決了現有技術製備的晶體雜質離子缺陷多、電導率高、空位缺陷大的缺點。本發明的技術方案是通過以下步驟實現的:一種採用新型助熔劑熔鹽法生長RbTiOPO4晶體的方法，包括以下步驟:(I)液相合成法製備原料RbH2PO4，具體步驟為:在P2O5中加入去離子水、Rb2CO3，攪拌溶解後在蒸發皿中加熱得到乳狀物；將乳狀物在100 150°C下烘乾20 24h後研磨成粉並放置於鉬坩堝中；將鉬坩堝放置在馬弗爐中，升溫至150 200°C後恆溫燒結4 6h ;(2)先將得到的RbH2PO4與Rb2CO3JiO2置於鉬坩堝中，再將鉬坩堝迅速放入合料爐內，以30 50°C /h升溫至1000 1200°C攪拌合成Rb2CO3、Rb4P2O7和RbTiOPO4混合原料；(3)將鉬坩堝置於熔鹽爐內，採用頂部籽晶提拉法生長RbTiOPO4晶體，其中:籽晶方向為〈001〉、籽晶杆轉速20 60rpm、籽晶杆的旋轉方式為轉-停止-反轉，提拉速率0.5 lmm/day，晶體生長起始溫度為840 940°C，溫度梯度0.2 2V /cm,降溫速率
0.5 2°C /day、降溫 40 60°C ;(4)晶體生長結束後，將熔鹽爐降至室溫，取出製得的RbTiOPO4晶體。優選的，Rb2C03> Rb4P2O7和RbTiOPO4混合原料中，RbTiOPO4與Rb4P2O7的摩爾比為
1.6 2.6。
優選的，Rb2CO3、Rb4P2O7和RbTiOPO4混合原料中，Rb元素與P元素的摩爾比為2.3。本發明採用液相法合成原料，與傳統固相合成法相比，生長出的晶體雜質離子缺陷減少、點缺陷密度降低、電導率降低；本發明採用Rb4P2O7為助熔劑生長RbTiOPO4晶體，與傳統熔鹽法以Rb6P4O13為助熔劑相比，晶體中Rb、O空位缺陷減少、電導率降低。採用本發明生長出重量約220克的高質量RbTiOPO4單晶，其電導率可以達到10_13S/Cm，比普通熔鹽法生長的RbTiOPO4晶體電導率降低了 3 4個數量級。經電光調Q實驗，測得其靜態消光比大於200:1，顯示了良好的耐電壓和調製性能。
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為RbTiOPO4單晶毛坯圖片；圖2為RbTiOPO4電導率測試數據表；圖3為RbTiOPO4電光調Q測試數據表。
具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。一種採用新型助熔劑熔鹽法生長RbTiOPO4晶體的方法，包括以下步驟:
(I)液相合成法製備原料RbH2PO4，具體步驟為:在P2O5中加入去離子水、Rb2CO3，攪拌溶解後在蒸發皿中加熱得到乳狀物；將乳狀物在100 150°C下烘乾20 24h後研磨成粉並放置於鉬坩堝中；將鉬坩堝放置在馬弗爐中，升溫至150 200°C後恆溫燒結4 6h ;(2)先將得到的RbH2PO4與Rb2CO3JiO2置於鉬坩堝中，再將鉬坩堝迅速放入合料爐內，以30 50°C /h升溫至1000 1200°C攪拌合成Rb2CO3、Rb4P2O7和RbTiOPO4混合原料；(3)將鉬坩堝置於熔鹽爐內，採用頂部籽晶提拉法生長RbTiOPO4晶體，其中:籽晶方向為〈001〉、籽晶杆轉速20 60rpm、籽晶杆的旋轉方式為轉-停止-反轉，提拉速率0.5 lmm/day，晶體生長起始溫度為840 940°C，溫度梯度0.2 2°C /cm,降溫速率
0.5 2°C /day、降溫 40 60°C ;(4)晶體生長結束後，將熔鹽爐降至室溫，取出製得的RbTiOPO4晶體。優選的，Rb2CO3^ Rb4P2O7和RbTiOPO4混合原料中，RbTiOPO4與Rb4P2O7的摩爾比為
1.6 2.6。優選的，Rb2CO3、Rb4P2O7和RbTiOPO4混合原料中，Rb元素與P元素的摩爾比為2.3。實施例1:首先，液相合成法製備原料RbH2PO4,具體步驟為:在P2O5中加入去離子水、Rb2CO3,攪拌溶解後在蒸發皿中加熱得到乳狀物；將乳狀物在150°C下烘乾24h後研磨成粉並放置於鉬坩堝中；將鉬坩堝放置在馬弗爐中，升溫至200°C後恆溫燒結5h ；第二步，先將得到的RbH2PO4與Rb2CO3JiO2置於鉬坩堝中，再將鉬坩堝迅速放入合料爐內，以50°C /h升溫至1100°C攪拌合成Rb2C03、Rb4P207和RbTiOPO4混合原料，其中摩爾比 RbTi0P04/Rb4P207=l.6，Rb/P=2.3 ；第三步，將鉬坩堝置於熔鹽爐內，採用頂部籽晶提拉法生長RbTiOPO4晶體，其中:籽晶方向為〈001〉、籽晶杆轉速20rpm、籽晶杆的旋轉方式為轉-停止-反轉，提拉速率0.5mm/day,晶體生長起始溫度為840°C，溫度梯度0.2 V /cm,降溫速率0.5°C /day、降溫40 0C ；第四步，晶體生長結束後，將熔鹽爐降至室溫，取出製得的RbTiOPO4晶體。採用該方法生長出重量約220g的高質量RbTiOPO4晶體，將其加工成8 X 8 X IOmm3的樣品，用電阻率測試儀測試〈001〉方向電導率。測試結果如圖2所示:電導率為
6.1X 10_13S/Cm，比普通熔鹽法低了 4數量級。採用該方法生長出2個樣品，將這2個樣品配對進行電光調Q實驗，測試結果如圖3所示:靜態消光比462:1，顯示了這2個樣品具有良好的耐電壓和調製性能。實施例2:首先，液相合成法製備原料RbH2PO4,具體步驟為:在P2O5中加入去離子水、Rb2CO3,攪拌溶解後在蒸發皿中加熱得到乳狀物；將乳狀物在100°C下烘乾24h後研磨成粉並放置於鉬坩堝中；將鉬坩堝放置在馬弗爐中，升溫至150°C後恆溫燒結5h ；第二步，先將得到的RbH2PO4與Rb2CO3JiO2置於鉬坩堝中，再將鉬坩堝迅速放入合料爐內，以30°C /h升溫至 1100°C攪拌合成Rb2C03、Rb4P207和RbTiOPO4混合原料，其中摩爾比 RbTi0P04/Rb4P207=2.6，Rb/P=2.3 ；第三步，將鉬坩堝置於熔鹽爐內，採用頂部籽晶提拉法生長RbTiOPO4晶體，其中:籽晶方向為〈001>、籽晶杆轉速60rpm、籽晶杆的旋轉方式為轉-停止-反轉,提拉速率Imm/day,晶體生長起始溫度為940°C，溫度梯度2V /cm,降溫速率2V /day、降溫60°C ；第四步，晶體生長結束後，將熔鹽爐降至室溫，取出製得的RbTiOPO4晶體。採用該方法生長出高質量RbTiOPO4晶體，將其加工成8X8X IOmm3的樣品，用電阻率測試儀測試〈001〉方向電導率。測試結果如圖2所示:電導率為1.3Xl(T13S/cm，比普通熔鹽法低了 4個數量級。採用該方法生長出2個樣品，將這2個樣品配對進行電光調Q實驗，測試結果如圖3所示:靜態消光比273:1，顯示了這2個樣品具有良好的耐電壓和調製性能。實施例3:首先，液相合成法製備原料RbH2PO4,具體步驟為:在P2O5中加入去離子水、Rb2CO3,攪拌溶解後在蒸發皿中加熱得到乳狀物；將乳狀物在150°C下烘乾24h後研磨成粉並放置於鉬坩堝中；將鉬坩堝放置在馬弗爐中，升溫至200°C後恆溫燒結5h ；第二步，先將得到的RbH2PO4與Rb2CO3JiO2置於鉬坩堝中，再將鉬坩堝迅速放入合料爐內，以40°C /h升溫至1100°C攪拌合成Rb2C03、Rb4P207和RbTiOPO4混合原料，其中摩爾比 RbTi0P04/Rb4P207=2.1，Rb/P=2.3 ；第三步，將鉬坩堝置於熔鹽爐內，採用頂部籽晶提拉法生長RbTiOPO4晶體，其中:籽晶方向為〈001〉、籽晶杆轉速40rpm、籽晶杆的旋轉方式為轉-停止-反轉,提拉速率0.7mm/day,晶體生長起始溫度為882°C，溫度梯度1°C /cm,降溫速率1.2°C /day、降溫50 0C ；第四步，晶體生長結束後，將熔鹽爐降至室溫，取出製得的RbTiOPO4晶體。採用該方法生長出高質量RbTiOPO4晶體，將其加工成8X8X IOmm3的樣品，用電阻率測試儀測試〈001〉方向電導率。測試結果如圖2所示:電導率為3.8Xl(T13S/cm，比普通熔鹽法低了 4個數量級。採用該方法生長出2個樣品，將這2個樣品配對進行電光調Q實驗，測試結果如圖3所示:靜態消光比776:1，顯示了這2個樣品具有良好的耐電壓和調製性能。除上述實施例外，還分別對不同的參數組合進行了試驗驗證，都取得了良好的效
果O
應該指出，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種採用新型助熔劑熔鹽法生長RbTiOPO4晶體的方法，其特徵在於，包括以下步驟: (1)液相合成法製備原料RbH2PO4，具體步驟為:在P2O5中加入去離子水、Rb2CO3，攪拌溶解後在蒸發皿中加熱得到乳狀物；將乳狀物在100 150°C下烘乾20 24h後研磨成粉並放置於鉬坩堝中；將鉬坩堝放置在馬弗爐中，升溫至150 200°C後恆溫燒結4 6h ; (2)先將得到的RbH2PO4與Rb2CO3JiO2置於鉬坩堝中，再將鉬坩堝迅速放入合料爐內，以30 50°C /h升溫至1000 1200°C攪拌合成Rb2C03、Rb4P2O7和RbTiOPO4混合原料； (3)將鉬坩堝置於熔鹽爐內，採用頂部籽晶提拉法生長RbTiOPO4晶體，其中:籽晶方向為〈001〉、籽晶杆轉速20 60rpm、籽晶杆的旋轉方式為轉-停止-反轉，提拉速率0.5 lmm/day,晶體生長起始溫度為840 940°C，溫度梯度0.2 2°C /cm,降溫速率0.5 2°C /day、降溫 40 60°C ； (4)晶體生長結束後，將熔鹽爐降至室溫，取出製得的RbTiOPO4晶體。
2.按權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述Rb2C03、Rb4P2O7和RbTiOPO4混合原料中，RbTiOPO4與Rb4P2O7的摩爾比為1.6 2.6。
3.按權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述Rb2C03、Rb4P2O7和RbTiOPO4混合原料中，Rb元素與P元素 的摩爾比為2.3。
全文摘要
本發明提出了一種採用新型助熔劑熔鹽法生長RbTiOPO4晶體的方法，解決了普通熔鹽法生長的RbTiOPO4晶體點缺陷密度大、電導率高的問題，本發明包括以下步驟液相合成法製備RbH2PO4；將RbH2PO4、Rb2CO3、TiO2置於鉑坩堝中，再將鉑坩堝迅速放入合料爐合成Rb2CO3、Rb4P2O7和RbTiOPO4的混合原料；頂部籽晶提拉法生長RbTiOPO4晶體籽晶方向為、籽晶杆轉速20～60rpm、籽晶杆的旋轉方式為轉-停止-反轉，提拉速率0.5～1mm/day，晶體生長起始溫度為840～940℃，降溫速率0.5～2℃/day、降溫40～60℃。本發明生長的RbTiOPO4晶體點缺陷密度小，電導率比普通晶體電導率低3～4數量級，且具有良好的耐電壓和調製性能。
文檔編號C30B29/22GK103088425SQ201310032700
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月28日 優先權日2013年1月28日
發明者王世武, 賈延偉, 王鴻雁 申請人:青島海泰光電技術有限公司