[发明专利]一种双掺铌酸锂晶体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电晶体技术领域，尤涉及一种双掺铌酸锂晶体及其制备方法。

背景技术

目前最适合于制作成大容量的三维体全息存储器的光折变材料是铌酸锂晶体，它是目前用途最为广泛的人工晶体材料之一，其具有优良的压电、热电、电光、声光和非线性光学等性能，在全息光存储、光波导放大器、集成光学等应用领域有着重要的地位。铌酸锂晶体材料大多是相同成分组成，其总表现为锂缺少，由于晶体中严重缺锂，从而形成大量的本征结构缺陷，使铌酸锂晶体作为光折变晶体在全息存储的应用受到很大限制。由于铌酸锂晶体本身有相对较高的本征缺陷浓度，使其几乎可以掺入任意的金属离子，这就使得对铌酸锂晶体的掺杂改性成为了热点问题。

稀土元素具有特殊的能级结构和电子壳层分布，因此稀土掺杂的材料有独特的光学特性，被广泛应用在激光、光通信、光显示等多个领域，从而使得稀土具备特殊的战略意义。稀土离子钐具有单一的荧光态⁴G_5/2，在紫外光激发下，从该荧光态到激发态⁶H_9/2、⁶H_7/2和基态⁶H_5/2辐射跃迁位于可见光波长范围内。

铌酸锂晶体具有多种光电功能特性，诸如铁电、压电、非线性和光折变等性质，因而备受关注。在铌酸锂晶体中掺入抗光损伤离子可以增强其抗光损伤性能，进而提高信噪比，同时可以缩短响应时间。在铌酸锂晶体中掺入两种不同的光折变敏感离子，可在晶体中产生深浅能级，实现非挥发存储。掺杂镁或锌等离子可以提高铌酸锂的抗光损伤能力，特别是在Mg的摩尔百分比高于5%和Zn的摩尔百分比高于6.5%时，抗光损伤能力可提高两个数量级。稀土掺杂铌酸锂晶体可以通过非线性变频或者上转换实现短波长激光输出，可以被用作固体激光器，然而非线性变频要求相位匹配限制条件，而且易受温度影响。但是，上转换产生的短波长激光功率低，难以实现高功率输出。

其中，上转换是将长波长光转换为短波长光发射的过程。上转换材料是一种红外光激发下能发出可见光的发光材料，即将红外光转换成可见光的材料，其特点是所吸收的光子能量低于发射的光子能量，这种现象违背Stokes定律，因此又被称为反Stokes定律发光材料。

发明内容

本发明提供了一种双掺铌酸锂晶体，通过在铌酸锂晶体中掺杂稀土离子Sm和抗光折变离子，从而实现高功率输出橙红可见光。

本发明还提供了一种双掺铌酸锂晶体的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种双掺铌酸锂晶体，组成为：Sm_xM_y(Li_0.946NbO₃)_100-x-y，其中，M为Mg、Zn中的一种，0.15≤x≤0.3，当M为Mg时，5≤y≤8；当M为Zn时，6≤y≤7。这种双掺铌酸锂晶体采用固相烧结法合成，单晶采用提拉法生长，可实现高功率输出橙红可见光。

利用稀土离子钐Sm的下转换实现橙红可见光输出，通过掺杂稀土Sm和抗光折变离子在铌酸锂晶体，生长较大尺寸的共掺钐和镁的铌酸锂晶体（Sm_xMg_y(Li_0.946NbO₃)_100-x-y，0.15≤x≤0.3，5≤y≤8）、共掺钐和锌的铌酸锂晶体（Sm_xZn_y(Li_0.946NbO₃)_100-x-y，0.15≤x≤0.3，6≤y≤7），提高了抗光损伤能力同时还利用稀土离子Sm存在的能级，在409nm波长激发下，从荧光态⁴G_5/2跃迁到激发态⁶H_7/2，直接以下转换方式实现位于可见光波长的橙红光输出。因此在紫外二极管泵浦下，共掺钐和镁、钐和锌的铌酸锂晶体可用作橙红可见光激光输出晶体材料。

一种双掺铌酸锂晶体的制备方法，包括以下步骤：