[发明专利]一种锆铜铈三掺铌酸锂晶体及其制备方法

说明书

【技术领域】

本发明属于非线性光学晶体及其制备技术，特别是一种锆铜铈三掺铌酸锂晶体及其制备方法。

【背景技术】

铌酸锂晶体是一种集电光、声光、压电、非线性、光折变等效应于一身的人工晶体，尤其是实施不同掺杂后能呈现出不同的物理性能，是至今人们所发现的光子学性能最多、综合指标最好的晶体，被认为是“光学硅”的主要候选材料之一。铌酸锂晶体由于其良好的光折变性能，被认为是体全息存储技术的理想材料，一直是国内外的研究热点。通过在铌酸锂晶体中掺入不同的杂质离子可以实现晶体光折变性能(响应时间、灵敏度、衍射效率等)的调控。在铌酸锂晶体中同时掺入一种抗光折变离子和一种光折变离子，能够显著缩短响应时间，提高晶体光折变灵敏度，特别是同时掺入锆铁元素，能够使铌酸锂晶体光折变响应时间达到1.8s，但是锆铁双掺晶体体全息存储中，读取过程对已存储信息具有擦除作用，不能实现非挥发全息存储。在铌酸锂晶体中同时掺入两种不同的光折变过渡金属离子，例如Fe^2+/3+、Mn^2+/3+、Cu^+/2+、Ce^3+/4+等，能够实现双色非挥发全息存储，而铜铈双掺铌酸锂由于具有较高的饱和衍射效率和较低的光散射，被作为非挥发全息存储的理想材料。但是铜铈双掺铌酸锂晶体存在明显的不足，即全息存储过程中灵敏度过低，写入光栅时间过长，严重限制了铌酸锂晶体在实时全息存储中的应用。因此，通过在铌酸锂晶体中加入新的掺杂，以改变晶体性能，提高光折变灵敏度，对铌酸锂晶体非挥发存储的实用化是非常重要的。

【发明内容】

本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种灵敏度高、光栅写入时间短、可实现非挥发全息存储的锆铜铈三掺铌酸锂晶体及其制备方法。

本发明的技术方案：

一种锆铜铈三掺铌酸锂晶体，由纯度为99.99％的Li₂CO₃、Nb₂O₅、ZrO₂、CuO和Ce₂O₃制成，其中Li与Nb的摩尔比为0.92～1.44，ZrO₂的掺杂量为0.3mol％～12.0mol％，CuO的掺杂量为0.005wt％～0.2wt％，Ce₂O₃的掺杂量为0.005wt％～0.2wt％。

一种所述锆铜铈三掺铌酸锂晶体的制备方法，采用提拉法生长制成，步骤如下：

1)将纯度为99.99％的Li₂CO₃、Nb₂O₅、ZrO₂、CuO和Ce₂O₃粉料按用料比混合，在100℃～300℃下恒温1小时～3小时将粉料烘干，然后在混料机上充分混合12小时～48小时，在750℃～900℃恒温1.5小时～3小时，使Li₂CO₃充分分解，1050℃～1200℃煅烧1.5小时～3小时，即可制得锆铜铈三掺铌酸锂粉料；

2)将上述制得的粉料压实，放于白金坩埚内，用中频炉加热，采用Czochralski提拉法沿c轴方向按拉脖、放肩、等径、收尾程序生长锆铜铈三掺铌酸锂晶体，工艺参数为拉速0.3mm～1.5m、转速10rpm～20rpm、气液温差15℃～25℃、熔体内温度梯度0.5℃/mm～2.0℃/mm、熔体上方温梯0.5℃/mm～2.0℃/mm。

本发明的优点及效果：本发明提供的锆铜铈三掺铌酸锂晶体具有灵敏度高、能大大缩短光栅写入时间和实现非挥发全息存储等优点，例如利用365nm的紫外光作为泵浦光、532nm激光作为记录光，在锆铜铈三掺铌酸锂晶体中很好的实现了非挥发存储，灵敏度达到0.098cm/J，比双掺铜铈铌酸锂晶体提高了10倍以上，为铌酸锂非挥发全息存储的市场化提供了可行性，具有巨大的应用前景。

【具体实施方式】

实施例1：