專利名稱：高摻雜鉺離子近化學計量比鈮酸鋰晶體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鉺離子摻雜的近化學計量比鈮酸鋰晶體及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著光通信的高速發(fā)展，建立全光通信網(wǎng)(即光傳輸和光信號的發(fā)送與接收等過程均由光纖和光子集成器件來完成)成為人們研究熱點。目前，已研制出并達到應用化水平的光纖放大器，主要集中在1. Mym的摻鉺光纖放大器(EDFA)上。但在光通信領(lǐng)域，EDFA 技術(shù)仍不能滿足迅猛發(fā)展的光通訊產(chǎn)業(yè)對器件體積、成本和集成化的要求。因此利用光子集成技術(shù)研制光通信用光子集成器件是實現(xiàn)全光通信的必由之路。因而科學家們已把注意力集中到更具集成化發(fā)展前景的光波導與摻鉺光波導放大器(EDWA)技術(shù)。而以Er-LiNbO3 晶體為基質(zhì)材料的波導器件因便于集成、泵浦效率高的特點，備受關(guān)注。選擇稀土元素鉺，是Er3+的內(nèi)層4f電子從亞穩(wěn)態(tài)能級到基態(tài)能級的受激躍遷，能提供光通信窗口波長1. Mym的光放大。由于鉺的這種特殊能級結(jié)構(gòu)，使其成為光通信用放大器增益介質(zhì)的最佳選擇。然而，雖然EDWA相較于EDFA改善了體積大，成本高，裝配調(diào)試要求高等缺點，但是EDWA中的摻Er濃度要比EDFA高幾個量級。在眾多基質(zhì)材料中，如LiNb03、SiO2, Al2O3、磷硅玻璃、鈉鈣硅玻璃、^O3，將LiNbO3 作為基體材料引起人們廣泛的研究興趣。這是因為(I)LiNbO3晶體是集優(yōu)良的電光、聲光和非線性光學性能于一體的難得激光基質(zhì)材料，它的多功能性為開辟集成性、微小器件創(chuàng)造充分條件，這是其他幾種基質(zhì)材料所無法比擬的；(2)芯層與緩沖層、覆蓋層(SiO2)之間的折射率反差較大，導致波導模的高約束低損耗，因而易于實現(xiàn)高效的泵浦和放大；(3) LiNbO3晶體自身具有可以調(diào)節(jié)的Li/Nb比率，這為進行高濃度稀土 Er的摻雜提供有利條件，從而在較短的尺寸內(nèi)得到較高的增益。(4)大尺寸、高質(zhì)量、易生長、廉價等特性使得LiNbO3晶體做為基質(zhì)材料具有良好的基礎。根據(jù)鋰空位模型，同成分鈮酸鋰晶體(Li Nb = 0. 946 1)處于缺鋰狀態(tài)，為了電荷平衡，一部分鈮離子也進入鋰空位，形成反位鈮，這時LN的化學結(jié)構(gòu)式可表示為 [Li1^5xV4xNbJNbO30因此形成的大量本征缺陷限制了同成分鈮酸鋰晶體在1. Mym波段的實際應用，降低了其發(fā)光強度和壽命。因此近化學計量比鈮酸鋰晶體及其制備成為人們研究的重點，但是通過鈮酸鋰晶體的相圖分析可知，在化學計量比鈮酸鋰晶體時生長晶體相對與同成分鈮酸鋰晶體要難。現(xiàn)有近化學計量比鈮酸鋰晶體的工藝一般為先生長出同成分鈮酸鋰晶體(0.946 1)后，通過氣相傳輸技術(shù)(VTE)制備了近化學計量比鈮酸鋰晶體，但是，目前VTE處理技術(shù)對于鈮酸鋰晶體質(zhì)量是否有不利的影響還存在著爭議，而且兩種工藝結(jié)合使得制備變得復雜，成本增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有摻鉺離子近化學計量比鈮酸鋰晶體的制備工藝復雜，難以得到高摻雜鉺離子的近化學計量比鈮酸鋰晶體的問題，本發(fā)明提供了一種高摻雜鉺離子近化學計量比鈮酸鋰晶體及其制備方法，工藝簡單地得到具有很好的發(fā)光強度和壽命的高摻雜鉺離子近化學計量比鈮酸鋰晶體。本發(fā)明的高摻雜鉺離子近化學計量比鈮酸鋰晶體，是由氧化鉺(Er2O3)、五氧化二鈮和碳酸鋰三種原料制成的，其中，碳酸鋰和五氧化二鈮中鋰和鈮的摩爾比為1 1，氧化鉺摩爾量占三種原料總摩爾量的1% 2%。本發(fā)明的高摻雜鉺離子近化學計量比鈮酸鋰晶體的制備方法，是通過以下步驟實現(xiàn)的一、稱取氧化鉺、五氧化二鈮和碳酸鋰三種原料，然后將三種原料混合均勻得混合料， 其中碳酸鋰和五氧化二鈮中鋰和鈮的摩爾比為1 1，氧化鉺摩爾量占三種原料總摩爾量的 2% ；二、將步驟一的混合料放入鉬坩堝中，升溫至750°C 800°C，然后保溫2h 4h，再升溫至1100°C 1200°C，并保溫2 5h，得多晶粉體；三、將步驟二的裝有多晶粉體的鉬坩堝放入單晶生長爐內(nèi)，升溫至1200 1300°C，然后保溫30 60min，得熔液；四、采用提拉法進行晶體生長得晶體，其中控制軸向溫度梯度為40 50°C /cm，等徑生長階段控制提拉速度為0. 3 1. 2mm/h，旋轉(zhuǎn)速度20 30rpm，降溫速度為0. 3 1. 5°C /h ；五、將步驟四得到晶體在溫度為1150 1200°C、電流密度為4 6mA/cm2的條件下極化，極化時間為20 40min，得高摻雜鉺離子近化學計量比鈮酸鋰晶體，完成高摻雜鉺離子近化學計量比鈮酸鋰晶體的制備。本發(fā)明步驟一中三種原料的質(zhì)量純度均為99. 99%。本發(fā)明步驟二中升溫至750°C 800°C，然后保溫2h 4h的目的是使Li2CO3充分分解，并且使CO2全部揮發(fā)。再升溫至1100 1200°C，并保溫2 5h的目的是將原料中的兩種化合物Li2O和Nb2O5發(fā)生固體合成反應=Li2O (s)+Nb2O5 (s) — 2LiNb03 (s)，最終了得到的LiNbO3多晶粉末。本發(fā)明步驟四中提拉法的具體操作為(1)選取籽晶，然后吊取籽晶，再將籽晶下降到距熔液液面1 2mm處，以15 25rpm(轉(zhuǎn)/分鐘)旋轉(zhuǎn)的同時恒溫10 30min，然后將籽晶降到熔液液面以下約0. 5 2mm進行縮頸，把籽晶逐漸縮細到直徑為1 2mm，再降溫0. 1 0. 5°C ； (2)斜放肩生長 在降溫速度為0. 5 1. 5°C /h，提拉速度為0. 1 lmm/h下，進行斜放肩生長；(3)收肩當晶體直徑達到要求尺寸后，升溫2 10°C，進行收肩；(4)等徑生長收肩后，采用勻速降溫實現(xiàn)等徑生長，控制提拉速度為0. 3 1. 8mm/h，旋轉(zhuǎn)速度15 25rpm，降溫速度為0. 3 1. 5°C /h ； (5)拉脫停止提拉后升溫0. 1 2°C，再保溫1 IOmin后，將晶體提拉出熔液液面約5 10mm，然后再以20 80°C /h的速度退火，降至室溫。本發(fā)明的高摻雜鉺離子近化學計量比鈮酸鋰晶體為淺粉色，為無包裹物、無條紋、 無裂紋等宏觀缺陷的高質(zhì)量晶體。光學測試結(jié)果表明，本發(fā)明的晶體1.54ym(1540nm)波段光發(fā)射強度比摻3mol%鉺的同成分鈮酸鋰晶體(Li Nb = 0. 946 1)提高了 1.78倍， 比低摻雜0.5%鉺的同成分鈮酸鋰晶體(Li Nb = 0. 946 1)提高了 4. 16倍。本發(fā)明的高摻雜鉺離子近化學計量比鈮酸鋰晶體的Er3+離子的4Iiv2能級壽命τ達到5. 53ms，與摻3mol%鉺的同成分鈮酸鋰晶體(τ = 4. 14ms)相比延長了 33. 57%，與摻0. 5mol%鉺的同成分鈮酸鋰晶體(τ = 3. 32ms)相比延長了 66. 57%。本發(fā)明獲得了明顯提高的近紅外 1.54ym發(fā)光強度和顯著延長的l.Mym的壽命，將極大推動摻鉺鈮酸鋰晶體發(fā)光材料在波導激光放大器于激光器領(lǐng)域的應用。對Er LiNbO3晶體在集成光學中的應用起到了推動作用。本發(fā)明采用傳統(tǒng)提拉法，結(jié)合本發(fā)明的具體優(yōu)化的提拉法工藝參數(shù)，簡單、低成本的制備得到了大體積的高摻雜鉺離子近化學計量比鈮酸鋰晶體，本發(fā)明制備得到的晶體的直徑大約為30mm，高度大約20mm。本發(fā)明的步驟四中提拉法利用常規(guī)手段進行籽晶選取和吊取籽晶后，依次通過引晶、縮晶、斜放肩生長、收肩、等徑生長、拉脫和退火后，即完成。本發(fā)明步驟四生長出的晶體為淺粉色，直徑大約為30mm，高度大約20mm，均為無包裹物、無條紋、無裂紋等宏觀缺陷的高質(zhì)量晶體。本發(fā)明的高摻雜鉺離子近化學計量比鈮酸鋰晶體中鉺離子的摻雜濃度很高達到 2% 4%。與同成分鈮酸鋰晶體(Li Nb = 0. 946 1)相比，本發(fā)明的近化學計量比鈮酸鋰晶體減少了晶體中的本征缺陷濃度，因此可以提高的Ι.Μμπι波段發(fā)光性能，延長 1. 54 μ m波段壽命。


圖1是鈮酸鋰晶體在在1400 1700nm發(fā)射譜上的發(fā)射強度曲線圖，其中曲線1 是具體實施方式
十六的高摻雜鉺近化學計量比鈮酸鋰晶體的發(fā)射強度曲線，曲線2是具體實施方式
十七的高摻雜鉺同成分鈮酸鋰晶體的發(fā)射強度曲線，曲線3是具體實施方式
十八的低摻雜鉺同成分鈮酸鋰晶體的發(fā)射強度曲線；圖2是具體實施方式
十六的高摻雜鉺近化學計量比鈮酸鋰晶體的Er3+離子的4Iiv2能級壽命擬合曲線圖；圖3是具體實施方式
十七的高摻雜鉺同成分鈮酸鋰晶體的Er3+離子的4Ilv2能級壽命擬合曲線圖；圖4是具體實施方式
十八的低摻雜鉺同成分鈮酸鋰晶體的Er3+離子的4Iiv2能級壽命擬合曲線圖。
具體實施例方式本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實施方式
，還包括各具體實施方式
間的任意組合。
具體實施方式
一本實施方式為高摻雜鉺離子近化學計量比鈮酸鋰晶體，是由氧化鉺(Er2O3)、五氧化二鈮和碳酸鋰三種原料制成的，其中，碳酸鋰和五氧化二鈮中鋰和鈮的摩爾比為1 1，氧化鉺摩爾量占三種原料總摩爾量的 2%。本實施方式的高摻雜鉺離子近化學計量比鈮酸鋰晶體為淺粉色，為無包裹物、無條紋、無裂紋等宏觀缺陷的高質(zhì)量晶體。光學測試結(jié)果表明，本發(fā)明的晶體1550nm波段光發(fā)射強度比摻3mol%鉺的同成分鈮酸鋰晶體(Li Nb = 0. 946 1)提高了 1. 78倍，比低摻雜0.5%鉺的同成分鈮酸鋰晶體(Li Nb = 0. 946 1)提高了 4. 16倍。本發(fā)明的高摻雜鉺離子近化學計量比鈮酸鋰晶體的Er3+離子的4Iiv2能級壽命τ達到5. 53ms，與摻 3mol%鉺的同成分鈮酸鋰晶體(τ = 4. 14ms)相比延長了 33. 57%，與摻0. 5mol %鉺的同成分鈮酸鋰晶體(τ = 3. 32ms)相比延長了 66. 57%。本實施方式獲得了明顯提高的近紅外1. M μ m發(fā)光強度和顯著延長的l.Mym的壽命，將極大推動摻鉺鈮酸鋰晶體發(fā)光材料在波導激光放大器于激光器領(lǐng)域的應用。對Er LiNbO3晶體在集成光學中的應用起到了推動作用。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一不同的是氧化鉺、五氧化二鈮和碳酸鋰三種原料的質(zhì)量純度均為99. 99%。其它參數(shù)與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一或二不同的是氧化鉺摩爾量占三種原料總摩爾量的1.5%。其它參數(shù)與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四本實施方式為具體實施一所述的高摻雜鉺離子近化學計量比鈮酸鋰晶體的制備方法，其是通過以下步驟實現(xiàn)的一、稱取氧化鉺、五氧化二鈮和碳酸鋰三種原料，然后將三種原料混合均勻得混合料，其中碳酸鋰和五氧化二鈮中鋰和鈮的摩爾比為1 1，氧化鉺摩爾量占三種原料總摩爾量的 2% ；二、將步驟一的混合料放入鉬坩堝中，升溫至750°C 800°C，然后保溫2h 4h，再升溫至1100°C 1200°C，并保溫2 5h，得多晶粉體；三、將步驟二的裝有多晶粉體的鉬坩堝放入單晶生長爐內(nèi)，升溫至1200 1300°C，然后保溫30 60min，得熔液；四、采用提拉法進行晶體生長得晶體，其中控制軸向溫度梯度為40 50°C /cm，等徑生長階段控制提拉速度為0. 3 1. 2mm/h，旋轉(zhuǎn)速度20 30rpm,降溫速度為0. 3 1. 5°C /h ；五、將步驟四得到晶體在溫度為1150 1200°C、電流密度為4 6mA/cm2的條件下極化，極化時間為20 40min，得高摻雜鉺離子近化學計量比鈮酸鋰晶體，完成高摻雜鉺離子近化學計量比鈮酸鋰晶體的制備。本實施方式采用傳統(tǒng)提拉法，結(jié)合本實施方式的具體優(yōu)化的提拉法工藝參數(shù)，簡單、低成本的制備得到了高摻雜鉺離子近化學計量比鈮酸鋰晶體，本實施方式制備得到的晶體為淺粉色，為無包裹物、無條紋、無裂紋等宏觀缺陷的高質(zhì)量晶體。本實施方式的步驟四中提拉法利用常規(guī)手段進行籽晶選取和吊取籽晶后，依次通過引晶、縮晶、斜放肩生長、收肩、等徑生長、拉脫和退火后，即完成。本實施方式步驟四生長出的晶體為淺粉色，直徑大約為30mm，高度大約20mm，均為無包裹物、無條紋、無裂紋等宏觀缺陷的高質(zhì)量晶體。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
四不同的是步驟一中五種原料的質(zhì)量純度均為99. 99 %。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
四相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
四或五不同的是步驟一中氧化鉺摩爾量占三種原料總摩爾量的1.5%。其它參數(shù)與具體實施方式
四或五相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
四、五或六不同的是步驟二中升溫至750°C，然后保溫3h。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
四、五或六相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
四至七之一不同的是步驟二中 再升溫至1150°C，并保溫4h。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
四至七之一相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
四至八之一不同的是步驟三中升溫至1250°C，然后保溫50min。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
四至八之一相同。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
四至九之一不同的是步驟四中等徑生長階段控制提拉速度為0. 5 1. Omm/h，旋轉(zhuǎn)速度23 28rpm，降溫速度為0. 8 12°C / h。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
四至九之一相同。本實施方式中更優(yōu)的是等徑生長階段控制提拉速度為0. 8mm/h，旋轉(zhuǎn)速度25rpm， 降溫速度為1. 0°C /h。
具體實施方式
十一本實施方式與具體實施方式
四至九之一不同的是步驟四中等徑生長階段控制提拉速度為0. 8mm/h，旋轉(zhuǎn)速度25rpm，降溫速度為1. 0°C /h。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
四至九之一相同。
具體實施方式
十二 本實施方式與具體實施方式
四至十一之一不同的是步驟四中提拉法的具體操作為(1)選取籽晶，然后吊取籽晶，再將籽晶下降到距熔液液面1 2mm處，以15 25rpm(轉(zhuǎn)/分鐘)旋轉(zhuǎn)的同時恒溫10 30min，然后將籽晶降到熔液液面以下約0. 5 2mm進行縮頸，把籽晶逐漸縮細到直徑為1 2mm，再降溫0. 1 0. 5°C ；(2)斜放肩生長在降溫速度為0. 5 1. 5°C /h，提拉速度為0. 1 lmm/h下，進行斜放肩生長；(3)收肩當晶體直徑達到要求尺寸后，升溫2 10°C進行收肩；(4)等徑生長收肩后，采用勻速降溫實現(xiàn)等徑生長，控制提拉速度為0.3 1. 8mm/h，旋轉(zhuǎn)速度15 25rpm，降溫速度為0. 5 1. 5°C /h ；(5)拉脫停止提拉后升溫0. 1 2°C，再保溫1 IOmin后，將晶體提拉出熔液液面約5 10mm，然后再以20 80°C /h的速度退火，降至室溫。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
四至十一之一相同。本實施方式的步驟(1)中選取籽晶和吊取籽晶均采用本領(lǐng)域技術(shù)人員常規(guī)操作進行。
具體實施方式
十三本實施方式與具體實施方式
四至十二之一不同的是步驟五中將步驟四得到晶體在溫度為1180°C、電流密度為5mA/cm2的條件下極化。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
四至十二之一相同。
具體實施方式
十四本實施方式與具體實施方式
四至十三之一不同的是步驟五中極化時間為30min。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
四至十三之一相同。
具體實施方式
十五本實施方式與具體實施方式
四至十四之一不同的是步驟三中控制升溫至1200 1300°C所需的時間為2 池。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
四至十四之一相同。本實施方式中，在實際升溫過程中大概2到3小時升到1200 1300°C的溫度就可以，在升溫至700 800°C的階段，升溫速率可以控制的快一些，后面升溫至1200 1300°C 可以控制的慢一些，以利于觀察熔體的變化。升溫速率只要不是突然快速升溫超過儀器的承受范圍就可以。
具體實施方式
十六本實施方式為高摻雜鉺離子近化學計量比鈮酸鋰晶體，是由氧化鉺(Er2O3)、五氧化二鈮和碳酸鋰三種原料制成的，其中，碳酸鋰和五氧化二鈮中鋰和鈮的摩爾比為1 1，氧化鉺摩爾量占三種原料總摩爾量的1.5%。晶體的直徑大約為30mm， 高度大約20mm。本實施方式中三種原料的質(zhì)量純度均為99. 99%。鉺離子摻雜量高達3%。本實施方式的高摻雜鉺離子近化學計量比鈮酸鋰晶體的發(fā)光強度和壽命均增大。將本實施方式的高摻雜鉺離子近化學計量比鈮酸鋰晶體加工成 20mmX10mmX2mm(ZXXXY)的尺寸的晶片，并進行高精度的光學級拋光，以為光學測試所用。
采用Ti-sapphire激光器激發(fā)光源，在激發(fā)波長為980nm，激發(fā)功率為IOOmW,步長維持在0. 25nm的測試條件下，測試本實施方式的近化學計量比鈮酸鋰晶體在1400 1700nm發(fā)射譜上的發(fā)射強度，測試結(jié)果如圖1中曲線1(實線)所示。以980nm的Ti-sapphire激光器為入射光源，測試本實施方式的高摻雜鉺離子近化學計量比鈮酸鋰晶體在1. 54 μ m處的時間分辨發(fā)射譜，Er3+離子的4113/2能級壽命擬合結(jié)果如圖2中所示，可見，τ =5. 53ms。
具體實施方式
十七本實施方式為對比實驗1 高摻雜鉺離子同成分鈮酸鋰晶體， 是由氧化鉺(Er2O3)、五氧化二鈮和碳酸鋰三種原料制成的，其中，碳酸鋰和五氧化二鈮中鋰和鈮的摩爾比為0.946 1，氧化鉺摩爾量占三種原料總摩爾量的1.5%。本實施方式的高摻雜鉺離子同成分鈮酸鋰晶體的制備方法與具體實施方式
十九的不同之處在于步驟一中稱取氧化鉺、五氧化二鈮和碳酸鋰三種原料，然后將三種原料混合均勻得混合料，其中碳酸鋰和五氧化二鈮的摩爾比為0.946 1，氧化鉺摩爾量占三種原料總摩爾量的1.5%。將本實施方式的高摻雜鉺離子鈮酸鋰晶體(同成分鈮酸鋰晶體)加工成 20mmX IOmmX 2mm(ZXXXY)的尺寸的晶片，并進行高精度的光學級拋光，以為光學測試所用。采用與具體實施方式
十六所述的相同的測試方法對高摻雜鉺離子鈮酸鋰晶體分別進行發(fā)射強度和在1. 54 μ m處的時間分辨發(fā)射譜的測試，測試結(jié)果分別如圖1中曲線2和圖3 所示。由圖3可知，τ = 4. 14msο具體實施方式
十八本實施方式為對比實驗2 低摻雜鉺離子同成分鈮酸鋰晶體， 是由氧化鉺(Er2O3)、五氧化二鈮和碳酸鋰三種原料制成的，其中，碳酸鋰和五氧化二鈮中鋰和鈮的摩爾比為0.946 1，氧化鉺摩爾量占三種原料總摩爾量的0.25%。本實施方式的低摻雜鉺離子同成分鈮酸鋰晶體的制備方法與具體實施方式
十九的不同之處在于步驟一中稱取氧化鉺、五氧化二鈮和碳酸鋰四種原料，然后將三種原料混合均勻得混合料，其中碳酸鋰和五氧化二鈮的摩爾比為0.946 1，氧化鉺摩爾量占四種原料總摩爾量的0. 25%。將本實施方式的低摻雜鉺離子鈮酸鋰晶體(同成分鈮酸鋰晶體)加工成 20mmX IOmmX 2mm(ZXXXY)的尺寸的晶片，并進行高精度的光學級拋光，以為光學測試所用。采用與具體實施方式
十六所述的相同的測試方法對高摻雜鉺離子鈮酸鋰晶體分別進行發(fā)射強度和在1. 54 μ m處的時間分辨發(fā)射譜的測試，測試結(jié)果分別如圖1中曲線3和圖4 所示。由圖4可知，τ =3. 32ms。由圖1可見，具體實施方式
十六的高摻雜鉺離子近化學計量比鈮酸鋰晶體的發(fā)射強度更強，在1540ηπι(1.54μπι)處有最強的發(fā)光強度。本實施方式的高摻雜鉺離子近化學計量比鈮酸鋰晶體1540ηπι(1.54μπι)波段光發(fā)射強度比摻3mol %鉺的同成分鈮酸鋰晶體 (Li Nb = 0. 946 1，具體實施方式
十七)提高了 1.78倍，比低摻雜0.5mol%鉺的同成分鈮酸鋰晶體(Li Nb = O. 946 1，具體實施方式
十八)提高了 4. 16倍。對比圖2、圖3和圖4，具體實施方式
十六的高摻雜鉺離子近化學計量比鈮酸鋰晶體的Er3+離子的4Iiv2能級壽命τ達到5. 53ms，與具體實施方式
十七的摻3mol%鉺的同成分鈮酸鋰晶體(τ = 4. 14ms)相比延長了 33. 57%，與具體實施方式
十八的摻0. 5mol%鉺的同成分鈮酸鋰晶體(τ = 3. 32ms)相比延長了 66. 57%。
具體實施方式
十九本實施方式為具體實施方式
十六所述的高摻雜鉺離子近化學計量比鈮酸鋰晶體的制備方法，其是通過以下步驟實現(xiàn)的一、稱取氧化鉺、五氧化二鈮和碳酸鋰三種原料，然后將三種原料混合均勻得混合料，其中碳酸鋰和五氧化二鈮中鋰和鈮的摩爾比為1 1，氧化鉺摩爾量占三種原料總摩爾量的1.5%; 二、將步驟一的混合料放入鉬坩堝中，升溫至750°C，然后保溫汕，再升溫至1150°C，并保溫4h，得多晶粉體；三、將步驟二的裝有多晶粉體的鉬坩堝放入單晶生長爐內(nèi)，升溫至1250°C，然后保溫50min，得熔液； 四、采用提拉法進行晶體生長得晶體，其中控制軸向溫度梯度為40°C /cm，等徑生長階段控制提拉速度為0. 8mm/h，旋轉(zhuǎn)速度25rpm，降溫速度為1. 0°C /h ；五、將步驟四得到晶體在溫度為1180°C、電流密度為5mA/cm2的條件下極化，極化時間為30min，得高摻雜鉺離子近化學計量比鈮酸鋰晶體，完成高摻雜鉺離子近化學計量比鈮酸鋰晶體的制備。本實施方式步驟一中三種原料的質(zhì)量純度均為99. 99%。本實施方式步驟四中所述的提拉法的具體工藝參數(shù)，除了步驟的等徑生長工藝參數(shù)不一樣外，其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
十二相同，采用本實施方式的方法能夠得到具有良好發(fā)射強度和壽命的高摻雜鉺離子近化學計量比鈮酸鋰晶體。
權(quán)利要求
1.高摻雜鉺離子近化學計量比鈮酸鋰晶體，其特征在于高摻雜鉺離子近化學計量比鈮酸鋰晶體是由氧化鉺、五氧化二鈮和碳酸鋰三種原料制成的，其中，碳酸鋰和五氧化二鈮中鋰和鈮的摩爾比為1 1，氧化鉺摩爾量占三種原料總摩爾量的 2%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高摻雜鉺離子近化學計量比鈮酸鋰晶體，其特征在于氧化鉺、五氧化二鈮和碳酸鋰三種原料的質(zhì)量純度均為99. 99%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高摻雜鉺離子近化學計量比鈮酸鋰晶體，其特征在于氧化鉺摩爾量占三種原料總摩爾量的1. 5%。
4.如權(quán)利要求1所述的高摻雜鉺離子近化學計量比鈮酸鋰晶體的制備方法，其特征在于高摻雜鉺離子近化學計量比鈮酸鋰晶體的制備方法是通過以下步驟實現(xiàn)的一、稱取氧化鉺、五氧化二鈮和碳酸鋰三種原料，然后將三種原料混合均勻得混合料，其中碳酸鋰和五氧化二鈮中鋰和鈮的摩爾比為1 1，氧化鉺摩爾量占三種原料總摩爾量的 2% ； 二、將步驟一的混合料放入鉬坩堝中，升溫至750°C 800°C，然后保溫2h 4h，再升溫至 1100°C 1200°C，并保溫2 5h，得多晶粉體；三、將步驟二的裝有多晶粉體的鉬坩堝放入單晶生長爐內(nèi)，升溫至1200 1300°C，然后保溫30 60min，得熔液；四、采用提拉法進行晶體生長得晶體，其中控制軸向溫度梯度為40 50°C /cm，等徑生長階段控制提拉速度為 0. 3 1. 2mm/h，旋轉(zhuǎn)速度20 30rpm，降溫速度為0. 3 1. 5°C /h ；五、將步驟四得到晶體在溫度為1150 1200°C、電流密度為4 6mA/cm2的條件下極化，極化時間為20 40min， 得高摻雜鉺離子近化學計量比鈮酸鋰晶體，完成高摻雜鉺離子近化學計量比鈮酸鋰晶體的制備。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高摻雜鉺離子近化學計量比鈮酸鋰晶體，其特征在于步驟一中氧化鉺摩爾量占三種原料總摩爾量的1. 5%。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的高摻雜鉺離子近化學計量比鈮酸鋰晶體，其特征在于步驟四中等徑生長階段控制提拉速度為0. 5 1. Omm/h，旋轉(zhuǎn)速度23 28rpm，降溫速度為 0. 8 1. 2 0C /ho
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的高摻雜鉺離子近化學計量比鈮酸鋰晶體，其特征在于步驟二中升溫至750°C，然后保溫3h。
8.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的高摻雜鉺離子近化學計量比鈮酸鋰晶體，其特征在于步驟二中再升溫至1150°C，并保溫4h。
9.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的高摻雜鉺離子近化學計量比鈮酸鋰晶體，其特征在于步驟四中提拉法的具體操作為a、選取籽晶，然后吊取籽晶，再將籽晶下降到距熔液液面1 2mm處，以15 25rpm旋轉(zhuǎn)的同時恒溫10 30min，然后將籽晶降到熔液液面以下約0. 5 2mm進行縮頸，把籽晶逐漸縮細到直徑為1 2mm，再降溫0. 1 0. 5°C ；b、斜放肩生長在降溫速度為0.5 1. 5°C /h，提拉速度為0. 1 lmm/h下，進行斜放肩生長；C、收肩當晶體直徑達到要求尺寸后，升溫2 10°C進行收肩；d、等徑生長收肩后，采用勻速降溫實現(xiàn)等徑生長，控制提拉速度為0.3 1.8mm/h，旋轉(zhuǎn)速度15 25rpm，降溫速度為0. 5 1. 5°C /h ；e、拉脫停止提拉后升溫0.1 2°C，再保溫1 IOmin后，將晶體提拉出熔液液面約5 10mm，然后再以20 80°C /h的速度退火，降至室溫。
10.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的高摻雜鉺離子近化學計量比鈮酸鋰晶體，其特征在于步驟五中將步驟四得到晶體在溫度為1180°C、電流密度為5mA/cm2的條件下極化。
全文摘要
高摻雜鉺離子近化學計量比鈮酸鋰晶體及其制備方法，涉及鉺離子摻雜的近化學計量比鈮酸鋰晶體及其制備方法。解決現(xiàn)有摻鉺離子近化學計量比鈮酸鋰晶體制備工藝復雜，難以得到高摻雜鉺離子近化學計量比鈮酸鋰晶體的問題。本發(fā)明鈮酸鋰晶體由氧化鉺、五氧化二鈮和碳酸鋰制成，氧化鉺占原料總摩爾量的1％～2％。將原料混勻，加熱燒得多晶粉體，再加熱得熔體，然后提拉生長晶體，再極化處理即可。與摻雜1.5mol％鉺同成分鈮酸鋰晶體相比，本發(fā)明鈮酸鋰晶體在1.54μm波段光發(fā)射強度提高4.16倍，Er3+離子的4I13/2能級壽命5.53ms延長66.57％。極大推動摻鉺鈮酸鋰晶體發(fā)光材料在波導激光放大器于激光器領(lǐng)域的應用。
文檔編號C30B15/00GK102199789SQ20111008680
公開日2011年9月28日 申請日期2011年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月7日
發(fā)明者徐衍嶺, 王銳, 邢麗麗, 錢艷楠 申請人:哈爾濱工業(yè)大學