專(zhuān)利名稱(chēng)：一種制備高摻雜濃度鉭鈮酸鉀的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于非線(xiàn)性光學(xué)晶體材料的制備技術(shù)領(lǐng)域。
光折變材料能夠制作全息存儲(chǔ)器、光束放大器、自泵浦相位共軛器等器件，而廣泛地應(yīng)用于激光器件、光通訊、光信息處理、圖像復(fù)原、光計(jì)算、智能計(jì)算機(jī)和光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域。鉭鈮酸鉀(KTN)晶體是一種優(yōu)良的光折變材料，立方相和四方相的KTN晶體可分別基于二次電光效應(yīng)和一次電光效應(yīng)實(shí)現(xiàn)光折變效應(yīng)，KTN晶體具有諸材料中最大的光折變靈敏度，其光折變性質(zhì)可以通過(guò)選擇生長(zhǎng)特定組分的晶體得到優(yōu)化。因此是一種極具有應(yīng)用前景的材料，通過(guò)摻Fe、Cu、Co、Ni等變價(jià)過(guò)渡金屬元素，生長(zhǎng)的摻雜KTN晶體的光折變效應(yīng)可以進(jìn)一步得到改善，二波耦合增益系數(shù)和自泵浦相位反射率等指標(biāo)都會(huì)明顯提高，而且在一定摻雜濃度范圍內(nèi)，這些指標(biāo)有隨摻雜濃度的增加而增加的趨勢(shì)。例如純的KTN晶體的二波耦合增益系數(shù)為1.9cm-1，難以實(shí)現(xiàn)自泵浦相位共軛，摻雜Fe0.2%的KTN晶體的二波耦合增益系數(shù)為12cm-1，自泵浦反射率達(dá)32%，但是當(dāng)摻雜濃度超出特定范圍時(shí)，生長(zhǎng)的晶體是黑色或深藍(lán)色的，可見(jiàn)光不能透過(guò)，例如用通常方法制備的摻Fe KTN晶體，當(dāng)摻雜濃度高于0.3%時(shí)，制備的晶體為深藍(lán)色，不透光，因而無(wú)法使用，影響了晶體的實(shí)際應(yīng)用。
本發(fā)明的目的是為了解決上述存在的問(wèn)題，提出一種可供實(shí)際應(yīng)用的、具有較大增益系數(shù)和反射率的高摻雜濃度KTN晶體的制備方法。
本發(fā)明的主要內(nèi)容該高摻雜濃度鉭鈮酸鉀晶體的制備方法，是以K3CO3、Ta2O5、Nb2O5為原料，用Fe2O3、Co2O3、CrO3作為摻雜劑在單晶生長(zhǎng)爐中進(jìn)行降溫生長(zhǎng)，其主要特征是生長(zhǎng)鉭鈮酸鉀晶體原料中添加一種脫色劑。
在生長(zhǎng)鉭鈮酸鉀晶體中所加的脫色劑為變價(jià)過(guò)渡金屬氧化物，通過(guò)它的加入，可以調(diào)整摻入離子的價(jià)態(tài)及其氧化還原程度，改變晶體顏色。
所加脫色劑是有一定的比例的，其重量比為0.1-1%。這種制備高摻雜濃度鉭鈮酸鉀晶體的方法，同樣也適合于其它氧化物光折變晶體。如鈦酸鋇、鈮酸鉀、鈮酸鋰等。
本發(fā)明適用于制備分子組成為KTa1-xNbxO3，其中0≤x≤1，原料為T(mén)a3O5、Nb2O5、KCO3，摻雜劑為Fe2O3、Co2O3、CrO3等，摻雜濃度范圍大于0.3%重量的材料，原料中加入的脫色劑重量比為0.1-1%。根據(jù)具體的應(yīng)用目的，選擇生長(zhǎng)晶體組成中Nb含量X，然后由KTN相圖中確定與之相對(duì)應(yīng)的液相組成Y值，由以下反應(yīng)式確定原料配比K2CO3+(1-y)Ta2O5+yNb2O5→2KTa1-yNbyO3+CO2將稱(chēng)量的1000克原料和摻雜劑以及脫色劑混勻后，放入350ml鉑坩堝內(nèi)，置于單晶生長(zhǎng)爐中，使?fàn)t溫升至高于飽和點(diǎn)200℃，待原料完全熔化后，繼續(xù)保持該溫度24小時(shí)，然后降溫至飽和點(diǎn)附近，用籽晶試探法準(zhǔn)確測(cè)定飽和點(diǎn)后，用頂端籽晶法將晶體下入熔液，按設(shè)定的程序降溫，晶體擴(kuò)肩至一定的大小后開(kāi)始提拉，至一定的尺寸后，使其脫離液面，轉(zhuǎn)速30-40轉(zhuǎn)/分，降溫速度1-3℃/天。
通過(guò)加入脫色劑制備的高摻雜濃度KTN晶體，極化后晶體完全透明，具有較大的光折變效應(yīng)，可避免用通常方法制備的晶體具有深藍(lán)色或黑色，它具有二波耦合增益系數(shù)大，自泵浦相位共軛反射率高的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用價(jià)值大。這種制備方法解決了通常方法制備的摻鐵KTN晶體當(dāng)摻雜濃度過(guò)高時(shí)，晶體為深藍(lán)色不透明的問(wèn)題。
實(shí)施例1分子組成中取x＝0.49，由KTN相圖中確定與之對(duì)應(yīng)的液相組成y值。由反應(yīng)式確定原料配比。取Ta2O5205g、Nb2O5466g、K2CO3329g，摻雜劑為Fe2O3濃度為0.4%，脫色劑的濃度為0.1%，提拉速度1mm/天，轉(zhuǎn)速30轉(zhuǎn)/分，降溫速度1℃/天，生長(zhǎng)晶體尺寸達(dá)30×30×15mm，極化后晶體完全透明，增益系數(shù)12.03cm-1，反射率32%。
實(shí)施例2分子組成中取x＝0.50，由KTN相圖確定與之對(duì)應(yīng)的液相組成y值，由反應(yīng)式確定原料配比。取Ta3O5191g、Nb2O5482g、K2CO3327g，摻雜劑選Co2O3，濃度為0.4%，脫色劑濃度0.5%，提拉速度1mm/天，轉(zhuǎn)速30轉(zhuǎn)/分，降溫速度2℃/天，生長(zhǎng)晶體尺寸達(dá)25×25×15mm，極化后晶體完全透明，增益系數(shù)為15.2cm-1，反射率38%。
實(shí)施例3分子組成中取x＝0.50，由KTN相圖確定與之對(duì)應(yīng)的液相組成y值，由反應(yīng)式確定原料配比，取Ta2O5191g、Nb2O5482g、K2CO3327g，摻雜劑Fe2O3濃度為0.4%，脫色劑濃度為0.7%，提拉速度1mm/天，轉(zhuǎn)速30轉(zhuǎn)/分，降溫速度2℃/天生長(zhǎng)晶體尺寸達(dá)25×25×15mm，極化后晶體完全透明，增益系數(shù)為9.6cm-1，反射率21%。
權(quán)利要求
1.一種制備高摻雜濃度鉭鈮酸鉀晶體的方法，以K2CO3、Ta2O5、Nb2O5為原料，用Fe2O3、Co2O3、CrO3等作為摻雜劑，在單晶生長(zhǎng)爐中進(jìn)行降溫生長(zhǎng)，其特征是在生長(zhǎng)原料中加入一種脫色劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備高摻雜濃度鉭鈮酸鉀晶體的方法，其特征是在生長(zhǎng)原料中加入的脫色劑為過(guò)渡金屬變價(jià)氧化物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備高摻雜濃度鉭鈮酸鉀晶體的方法，其特征是所加脫色劑的重量比為0.1%-1%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備高摻雜濃度鉭鈮酸鉀晶體的方法，其特征是該生長(zhǎng)方法同樣也適合于其它氧化物光折變晶體如鈦酸鋇、鈮酸鉀、鈮酸鋰等。
全文摘要
本發(fā)明屬于非線(xiàn)性光學(xué)晶體的制備技術(shù)領(lǐng)域，它解決了目前生長(zhǎng)鉭鈮酸鉀(KTN)摻雜濃度過(guò)高時(shí)生長(zhǎng)出的晶體是黑色或深藍(lán)色,可見(jiàn)光不能透過(guò)的問(wèn)題，本發(fā)明的主要內(nèi)容就是在生長(zhǎng)KTN晶體的原料中加入一種脫色劑，它不但提高了摻雜濃度而且生長(zhǎng)出的晶體極化后完全透明，具有二波耦合增益系數(shù)大、自泵浦相位共軛反射率高的優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于激光器件、光通訊、光信息處理、圖像復(fù)原、光計(jì)算、智能計(jì)算機(jī)和光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G02B1/02GK1093172SQ9311035
公開(kāi)日1994年10月5日 申請(qǐng)日期1993年4月2日 優(yōu)先權(quán)日1993年4月2日
發(fā)明者管慶才, 魏景謙, 王繼楊, 劉躍崗, 邵宗書(shū), 蔣民華 申請(qǐng)人:山東大學(xué)