随着“新基建”的提出，5G已逐步进驻我们的⽣活，云计算、虚拟现实、数据通信与⾼清视频等业务也随之在不断地发展，带动核
铌酸锂调制器(LiNbO3)。⼼光⽹络向超⾼速和超远距离传输升级。⽽在这个过程中，有⼀个核⼼器件是必不可少的——那就是铌酸锂调制器
铌酸锂晶体的电光效应并结合光电⼦集成⼯艺制作⽽成，能够将电⼦数据转换为光⼦信息，是实现电光据悉，铌酸锂调制器利⽤铌酸锂晶体 转换的核⼼元件。具体它有何出众之处，⾸先要从其原材料铌酸锂晶体的电光效应及应⽤开始了解。
关于铌酸锂晶体
铌酸锂是铌、锂、氧的化合物，是⼀种⾃发极化⼤（室温时0.70C/m2）的负性晶体，是⽬前发现的居⾥温度最⾼（1210℃）的铁电体。
(a)3英⼨光学级名义纯同成分铌酸锂晶体；(b)掺铁铌酸锂晶体
光电效应多，具有包括压电效应、电光效应、⾮线性光学效应、光折变效铌酸锂晶体有两个特点尤其引⼈关注，⼀是铌酸锂晶体光电效应多
性能可调控性强，这是由铌酸锂晶体的晶格结构和应、光⽣伏打效应、光弹效应、声光效应等多种光电性能；⼆是铌酸锂晶体的性能可调控性强
丰富的缺陷结构所导致，铌酸锂晶体的诸多性能可以通过晶体组分、元素掺杂、价态控制等进⾏⼤幅度调控。
另外铌酸锂晶体的物理化学性能相当稳定，易于加⼯，光透过范围宽，具有较⼤的双折射，⽽且容易制备⾼质量的光波导，所以长距离通信中有着⽆可⽐拟的优势——不仅具有很⼩的啁啾(chirp)效应、⾼调制带宽、良好消光光调制器在长距离通信中 基于铌酸锂晶体的光调制器
⽐，⽽且稳定性相当优越，是⾼速器件中佼佼者，因此被⼴泛应⽤于⾼速⾼带宽的长距离通信中。
在美国国防部的⼀项关于铌酸锂的报告中曾经有过这样⼀段对铌酸锂的评价：如果电⼦⾰命的中⼼是以使其成为可能的硅材料命
在美国国防部的⼀项关于铌酸锂的报告中曾经有过这样⼀段对铌酸锂的评价：如果电⼦⾰命的中⼼是以使其成为可能的硅材料命名的，那么光⼦学⾰命的发源地则很可能就是以铌酸锂命名。
铌酸锂晶体的制备
同成分铌酸锂晶体：对于同成分铌酸锂晶体⽽⾔，其制备主要采⽤提拉法。虽然泡⽣法、导模法、温梯法等⽅法也曾⽤来进⾏①同成分铌酸锂晶体：
铌酸锂晶体的制备，但是与提拉法相⽐并没有明显的优势或具有明确的应⽤需求，因此并未得到⼴泛的关注。
近化学计量⽐铌酸锂晶体：近化学计量⽐铌酸锂晶体虽然具备诸多优秀的光电性能，但是其配⽐偏离固液同成分共熔点，⽆②近化学计量⽐铌酸锂晶体：
电机线束法采⽤常规的提拉法⽣长⾼质量的晶体，⽬前主要采⽤的制备⽅法有富锂熔体法、助熔剂法、扩散法。
铌酸锂单晶薄膜：铌酸锂单晶薄膜可以应⽤在光波导、声学器件等微纳结构以及制备硅基等混合集成器件等⽅⾯，⼈们很早就③铌酸锂单晶薄膜：
开始探索铌酸锂单晶薄膜的制备，不过真正得到应⽤的⽅法只有“离⼦切⽚”(IonSlicing)技术，⽬前已经实现了商品化，能够提供直径4英⼨、厚度300~900nm的单晶薄膜产品。聚氨酯丙烯酸酯
铌酸锂单晶薄膜
蜜饯LH现阶段，铌酸锂晶体⽣产技术成熟，领先企业市场份额占⽐较⼤。在全球市场中，德国爱普科斯、⽇
本住友、德国KorthKristalle 是市场份额排名前三的铌酸锂⽣产企业。
铌酸锂晶体的主要应⽤
1.压电应⽤
铌酸锂晶体居⾥温度⾼，压电效应的温度系数⼩，机电耦合系数⾼，介电损耗低，晶体物化性能稳定，加⼯性能良好，⼜易于制备⼤尺⼨⾼质量晶体，是⼀种优良的压电晶体材料。内衣生产
与常⽤的压电晶体⽯英相⽐，铌酸锂晶体声速⾼，可以制备⾼频器件，因此铌酸锂晶体可⽤于谐振器、换能器、延迟线、滤波器等，应⽤于移动通信、卫星通信、数字信号处理、电视机、⼴播、雷达、遥感遥测等民⽤领域以及电⼦对抗、引信、制导等军事声表⾯波滤波器件(SAWF)。
领域，其中应⽤最为⼴泛的是声表⾯波滤波器件
(a)2.4GHz声表⾯滤波器(SAW)；(b)⼩型SAW双⼯器
2.光学应⽤
除压电效应外，铌酸锂晶体的光电效应⾮常丰富，其中电光效应、⾮线性光学效应性能突出，应⽤也最为⼴泛。⽽且铌酸锂晶体
除压电效应外，铌酸锂晶体的光电效应⾮常丰富，其中电光效应、⾮线性光学效应性能突出，应⽤也最为⼴泛。⽽且铌酸锂晶体可以通过质⼦交换或钛扩散制备⾼品质的光波导，⼜能够通过极化翻转制备周期性极化晶体，所以在电光调制器、相位调制器、集成光开关、电光调Q开关、电光偏转、⾼电压传感器、波前探测、光参量振荡器以及铁电超晶格等器件中得到⼴泛应⽤。此外，双折射楔⾓⽚、全息光学器件、红外热释电探测器以及掺铒波导激光器等基于铌酸锂晶体的应⽤也有报道。
铌酸锂电光调制器
3.介电超晶格
自锁螺钉
1962年Armstrong等⾸次提出了准相位匹配(QPM，Quasi-Phase-Match)的概念，利⽤超晶格提供的倒格⽮来补偿光参量过程中的位相失配。铁电体的极化⽅向决定⾮线性极化率χ2的符号，将铁电体内制备出周期性极化⽅向相反的铁电畴结构就能够实现准位相匹配技术，包括铌酸锂、钽酸锂、磷酸钛氧钾等晶体都可以制备周期极化晶体，其中铌酸锂晶体是制备和应⽤该技术研究最早、实际应⽤最为⼴泛的材料。
zssi
周期极化铌酸锂晶体的初期应⽤主要考虑应⽤于激光频率变换，2014年Jin等设计了基于可重构铌酸锂波导光路的光学超晶格集成光⼦芯⽚，⾸次实现了芯⽚上纠缠光⼦⾼效产⽣和⾼速电光调制。可以说，介电超晶格理论的提出和发展，将铌酸锂晶体及其他铁电晶体应⽤推向⼀个新⾼度，在全固态激光器、光学频率梳、激光脉冲压缩、光束整形以及量⼦通信中的纠缠光源等⽅⾯具有重要的应⽤前景。
总之，铌酸锂晶体在光电⼦⽅⾯性能相当突出，下游可应⽤范围⼴泛，因此预计未来⼏年内全球铌酸锂晶体市场需求还会持续稳定增长。
资料来源：
铌酸锂晶体及其应⽤概述，孙军，郝永鑫，张玲，许京军，祝世宁，⼈⼯晶体学报, 2020, 49(6)
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议