專利名稱：一種采用新型助熔劑熔鹽法生長RbTiOPO₄晶體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及晶體生長領(lǐng)域，特別是指一種采用新型助熔劑熔鹽法生長RbTiOPO4晶體的方法。
背景技術(shù)：
RbTiOPO4是一種用于高重復(fù)頻率的新型電光晶體，其應(yīng)用范圍為0.8μπι
3.0ym0 RbTiOPO4與KTiOPO4具有相似的晶型結(jié)構(gòu)，卻擁有比KTiOPO4更優(yōu)良的電光性質(zhì):電導(dǎo)率低、電光系數(shù)大、損傷閾值高、低電壓效應(yīng)寬，因此此110 04成為高重復(fù)頻率電光調(diào)Q和光調(diào)制領(lǐng)域內(nèi)的理想材料。然而，RbTiOPO4存在的晶體完美性差、電導(dǎo)率高、耐電壓不夠等問題，限制了它在電光領(lǐng)域的應(yīng)用。目前RbTiOPO4晶體主要采用熔鹽法生長，一般采用固相合成(Journalofcrystal growth, 1992，125 (639-643))原料 RbH2PO4,之后在原料 RbH2PO4 中加入 Rb2C03、TiO2高溫下反應(yīng)生成RbTiOPO4熔質(zhì)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(zhì)RbTiOPOj^慢析出結(jié)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(jìn)雜質(zhì)離子缺陷，繼而導(dǎo)致RbTiOPO4晶體具有高的電導(dǎo)率。另外，現(xiàn)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(zhì)差，生長晶體容易出現(xiàn)條紋及離子空位等問題，晶體光學(xué)均勻性差，電導(dǎo)率10_9 l0.S/cm左右，無法滿足高重復(fù)頻率電光調(diào)Q的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種采用新型助熔劑熔鹽法生長RbTiOPO4晶體的方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)制備的晶體雜質(zhì)離子缺陷多、電導(dǎo)率高、空位缺陷大的缺點。本發(fā)明的技術(shù)方案是通過以下步驟實現(xiàn)的:一種采用新型助熔劑熔鹽法生長RbTiOPO4晶體的方法，包括以下步驟:(I)液相合成法制備原料RbH2PO4，具體步驟為:在P2O5中加入去離子水、Rb2CO3，攪拌溶解后在蒸發(fā)皿中加熱得到乳狀物；將乳狀物在100 150°C下烘干20 24h后研磨成粉并放置于鉬坩堝中；將鉬坩堝放置在馬弗爐中，升溫至150 200°C后恒溫?zé)Y(jié)4 6h ;(2)先將得到的RbH2PO4與Rb2CO3JiO2置于鉬坩堝中，再將鉬坩堝迅速放入合料爐內(nèi)，以30 50°C /h升溫至1000 1200°C攪拌合成Rb2CO3、Rb4P2O7和RbTiOPO4混合原料；(3)將鉬坩堝置于熔鹽爐內(nèi)，采用頂部籽晶提拉法生長RbTiOPO4晶體，其中:籽晶方向為〈001〉、籽晶桿轉(zhuǎn)速20 60rpm、籽晶桿的旋轉(zhuǎn)方式為轉(zhuǎn)-停止-反轉(zhuǎn)，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(jié)束后，將熔鹽爐降至室溫，取出制得的RbTiOPO4晶體。優(yōu)選的，Rb2C03> Rb4P2O7和RbTiOPO4混合原料中，RbTiOPO4與Rb4P2O7的摩爾比為
1.6 2.6。
優(yōu)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(fā)明采用液相法合成原料，與傳統(tǒng)固相合成法相比，生長出的晶體雜質(zhì)離子缺陷減少、點缺陷密度降低、電導(dǎo)率降低；本發(fā)明采用Rb4P2O7為助熔劑生長RbTiOPO4晶體，與傳統(tǒng)熔鹽法以Rb6P4O13為助熔劑相比，晶體中Rb、O空位缺陷減少、電導(dǎo)率降低。采用本發(fā)明生長出重量約220克的高質(zhì)量RbTiOPO4單晶，其電導(dǎo)率可以達(dá)到10_13S/Cm，比普通熔鹽法生長的RbTiOPO4晶體電導(dǎo)率降低了 3 4個數(shù)量級。經(jīng)電光調(diào)Q實驗，測得其靜態(tài)消光比大于200:1，顯示了良好的耐電壓和調(diào)制性能。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)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(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)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(dǎo)率測試數(shù)據(jù)表；圖3為RbTiOPO4電光調(diào)Q測試數(shù)據(jù)表。
具體實施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。一種采用新型助熔劑熔鹽法生長RbTiOPO4晶體的方法，包括以下步驟:
(I)液相合成法制備原料RbH2PO4，具體步驟為:在P2O5中加入去離子水、Rb2CO3，攪拌溶解后在蒸發(fā)皿中加熱得到乳狀物；將乳狀物在100 150°C下烘干20 24h后研磨成粉并放置于鉬坩堝中；將鉬坩堝放置在馬弗爐中，升溫至150 200°C后恒溫?zé)Y(jié)4 6h ;(2)先將得到的RbH2PO4與Rb2CO3JiO2置于鉬坩堝中，再將鉬坩堝迅速放入合料爐內(nèi)，以30 50°C /h升溫至1000 1200°C攪拌合成Rb2CO3、Rb4P2O7和RbTiOPO4混合原料；(3)將鉬坩堝置于熔鹽爐內(nèi)，采用頂部籽晶提拉法生長RbTiOPO4晶體，其中:籽晶方向為〈001〉、籽晶桿轉(zhuǎn)速20 60rpm、籽晶桿的旋轉(zhuǎn)方式為轉(zhuǎn)-停止-反轉(zhuǎn)，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(jié)束后，將熔鹽爐降至室溫，取出制得的RbTiOPO4晶體。優(yōu)選的，Rb2CO3^ Rb4P2O7和RbTiOPO4混合原料中，RbTiOPO4與Rb4P2O7的摩爾比為
1.6 2.6。優(yōu)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，液相合成法制備原料RbH2PO4,具體步驟為:在P2O5中加入去離子水、Rb2CO3,攪拌溶解后在蒸發(fā)皿中加熱得到乳狀物；將乳狀物在150°C下烘干24h后研磨成粉并放置于鉬坩堝中；將鉬坩堝放置在馬弗爐中，升溫至200°C后恒溫?zé)Y(jié)5h ；第二步，先將得到的RbH2PO4與Rb2CO3JiO2置于鉬坩堝中，再將鉬坩堝迅速放入合料爐內(nèi)，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，將鉬坩堝置于熔鹽爐內(nèi)，采用頂部籽晶提拉法生長RbTiOPO4晶體，其中:籽晶方向為〈001〉、籽晶桿轉(zhuǎn)速20rpm、籽晶桿的旋轉(zhuǎn)方式為轉(zhuǎn)-停止-反轉(zhuǎn)，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(jié)束后，將熔鹽爐降至室溫，取出制得的RbTiOPO4晶體。采用該方法生長出重量約220g的高質(zhì)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(dǎo)率。測試結(jié)果如圖2所示:電導(dǎo)率為
6.1X 10_13S/Cm，比普通熔鹽法低了 4數(shù)量級。采用該方法生長出2個樣品，將這2個樣品配對進(jìn)行電光調(diào)Q實驗，測試結(jié)果如圖3所示:靜態(tài)消光比462:1，顯示了這2個樣品具有良好的耐電壓和調(diào)制性能。實施例2:首先，液相合成法制備原料RbH2PO4,具體步驟為:在P2O5中加入去離子水、Rb2CO3,攪拌溶解后在蒸發(fā)皿中加熱得到乳狀物；將乳狀物在100°C下烘干24h后研磨成粉并放置于鉬坩堝中；將鉬坩堝放置在馬弗爐中，升溫至150°C后恒溫?zé)Y(jié)5h ；第二步，先將得到的RbH2PO4與Rb2CO3JiO2置于鉬坩堝中，再將鉬坩堝迅速放入合料爐內(nèi)，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，將鉬坩堝置于熔鹽爐內(nèi)，采用頂部籽晶提拉法生長RbTiOPO4晶體，其中:籽晶方向為〈001>、籽晶桿轉(zhuǎn)速60rpm、籽晶桿的旋轉(zhuǎn)方式為轉(zhuǎn)-停止-反轉(zhuǎn),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(jié)束后，將熔鹽爐降至室溫，取出制得的RbTiOPO4晶體。采用該方法生長出高質(zhì)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(dǎo)率。測試結(jié)果如圖2所示:電導(dǎo)率為1.3Xl(T13S/cm，比普通熔鹽法低了 4個數(shù)量級。采用該方法生長出2個樣品，將這2個樣品配對進(jìn)行電光調(diào)Q實驗，測試結(jié)果如圖3所示:靜態(tài)消光比273:1，顯示了這2個樣品具有良好的耐電壓和調(diào)制性能。實施例3:首先，液相合成法制備原料RbH2PO4,具體步驟為:在P2O5中加入去離子水、Rb2CO3,攪拌溶解后在蒸發(fā)皿中加熱得到乳狀物；將乳狀物在150°C下烘干24h后研磨成粉并放置于鉬坩堝中；將鉬坩堝放置在馬弗爐中，升溫至200°C后恒溫?zé)Y(jié)5h ；第二步，先將得到的RbH2PO4與Rb2CO3JiO2置于鉬坩堝中，再將鉬坩堝迅速放入合料爐內(nèi)，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，將鉬坩堝置于熔鹽爐內(nèi)，采用頂部籽晶提拉法生長RbTiOPO4晶體，其中:籽晶方向為〈001〉、籽晶桿轉(zhuǎn)速40rpm、籽晶桿的旋轉(zhuǎn)方式為轉(zhuǎn)-停止-反轉(zhuǎn),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(jié)束后，將熔鹽爐降至室溫，取出制得的RbTiOPO4晶體。采用該方法生長出高質(zhì)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(dǎo)率。測試結(jié)果如圖2所示:電導(dǎo)率為3.8Xl(T13S/cm，比普通熔鹽法低了 4個數(shù)量級。采用該方法生長出2個樣品，將這2個樣品配對進(jìn)行電光調(diào)Q實驗，測試結(jié)果如圖3所示:靜態(tài)消光比776:1，顯示了這2個樣品具有良好的耐電壓和調(diào)制性能。除上述實施例外，還分別對不同的參數(shù)組合進(jìn)行了試驗驗證，都取得了良好的效
果O
應(yīng)該指出，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種采用新型助熔劑熔鹽法生長RbTiOPO4晶體的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)液相合成法制備原料RbH2PO4，具體步驟為:在P2O5中加入去離子水、Rb2CO3，攪拌溶解后在蒸發(fā)皿中加熱得到乳狀物；將乳狀物在100 150°C下烘干20 24h后研磨成粉并放置于鉬坩堝中；將鉬坩堝放置在馬弗爐中，升溫至150 200°C后恒溫?zé)Y(jié)4 6h ; (2)先將得到的RbH2PO4與Rb2CO3JiO2置于鉬坩堝中，再將鉬坩堝迅速放入合料爐內(nèi)，以30 50°C /h升溫至1000 1200°C攪拌合成Rb2C03、Rb4P2O7和RbTiOPO4混合原料； (3)將鉬坩堝置于熔鹽爐內(nèi)，采用頂部籽晶提拉法生長RbTiOPO4晶體，其中:籽晶方向為〈001〉、籽晶桿轉(zhuǎn)速20 60rpm、籽晶桿的旋轉(zhuǎn)方式為轉(zhuǎn)-停止-反轉(zhuǎn)，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(jié)束后，將熔鹽爐降至室溫，取出制得的RbTiOPO4晶體。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，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(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，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(fā)明提出了一種采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(dǎo)率高的問題，本發(fā)明包括以下步驟液相合成法制備RbH2PO4；將RbH2PO4、Rb2CO3、TiO2置于鉑坩堝中，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<001>、籽晶桿轉(zhuǎn)速20～60rpm、籽晶桿的旋轉(zhuǎn)方式為轉(zhuǎn)-停止-反轉(zhuǎn)，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(fā)明生長的RbTiOPO4晶體點缺陷密度小，電導(dǎo)率比普通晶體電導(dǎo)率低3～4數(shù)量級，且具有良好的耐電壓和調(diào)制性能。
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(yōu)先權(quán)日2013年1月28日
發(fā)明者王世武, 賈延偉, 王鴻雁 申請人:青島海泰光電技術(shù)有限公司