3 minut k pochopení krystalu niobátu lithia（2）

Hlavní aplikace krystalů niobátu lithného

(1) Piezoelektrická aplikace

Krystal niobátu lithného má vysokou Curieovu teplotu, malý teplotní koeficient piezoelektrického jevu, vysoký koeficient elektromechanické vazby, nízké dielektrické ztráty, stabilní fyzikální a chemické vlastnosti krystalu, dobrý výkon při zpracování, a snadno připravitelné velké a vysoce kvalitní krystaly. Je to vynikající piezoelektrický krystalový materiál.

Ve srovnání s běžně používaným piezoelektrickým krystalovým křemenem, Lithium niobate krystal má vysokou rychlost zvuku, které umí připravit vysokofrekvenční zařízení.

Proto, krystaly niobátu lithného lze použít v rezonátorech, převodníky, zpožďovací linky, filtry, atd., a v civilních oblastech, jako jsou mobilní komunikace, satelitní komunikace, digitální zpracování signálu, televize, vysílání, radar, dálkového průzkumu Země a telemetrie, stejně jako elektronická protiopatření, pojistky, navádění a další vojenské oblasti, jedním z nejpoužívanějších je povrchový akustický vlnový filtr (SAWF).

2.4 GHz povrchový akustický filtr (SAW) na levé straně; malá duplexní jednotka SAW vpravo

(2) Optické aplikace

Kromě piezoelektrického jevu, fotoelektrický efekt krystalu niobátu lithného je velmi bohatý, mezi nimiž mají elektrooptický efekt a nelineární optický efekt vynikající výkon a jsou také nejrozšířenější.

navíc, Krystaly lithia niobate mohou připravit vysoce kvalitní optické vlnovod prostřednictvím protonové výměny nebo titanového difúze, a může také pravidelně připravit polarizované krystaly pomocí inverze polarizace.

Proto, bylo široce používáno v elektrooptických modulátorech, fázové modulátory, Integrované optické spínače, Elektrooptické Q-přepínače, Elektrooptická vychýlení, Senzory s vysokým napětím, Detekce vlny, Optické parametrické oscilátory, a ferroelektrické superlattiky.

Dále, Aplikace založené na krystalech niobatu lithia, jako jsou birefringent klíny, Holografická optika, Infračervené pyroelektrické detektory, a erbium dopované vlnovodné lasery byly také hlášeny.

Elektrooptický modulátor lithium

(3) Dielektrické superlattiky

V příštích pěti letech 1962, Armstrong et al. poprvé navrhl koncept kvazi-fázového zápasu (Qpm, Kvazi-fázová matek), který používá invertovaný mřížový vektor poskytnutý superlattice k kompenzaci fázového neshody v optickém parametrickém procesu.

Směr polarizace ferroelektriku určuje znak nelineární polarizovatelnosti χ2. Struktura ferroelektrické domény s opačným směrem periodické polarizace může být připravena ve ferroelektriku, aby se realizovala technologie odpovídající kvazi-fázi, včetně lithia niobátu a lithia tantalátu, Titanylfosfát draselný a další krystaly lze připravit pravidelně polarizované krystaly, mezi nimi, Krystal lithia niobate je nejčasnějším a nejrozšířenějším materiálem při přípravě a aplikaci této technologie.

Počáteční aplikace periodicky polarizovaných krystalů niobátu lithného se považuje hlavně za použití pro laserovou frekvenční konverzi. V příštích pěti letech 2014, Jin a kol. navrhl optický supermřížkový integrovaný fotonický čip založený na rekonfigurovatelné lithiové niobátové vlnovodné optické dráze, a poprvé realizovala efektivní generování provázaných fotonů a vysokorychlostní elektrooptickou modulaci na čipu.

Dá se říci, že návrh a vývoj teorie dielektrické supermřížky posunul aplikaci niobátu lithného a dalších feroelektrických krystalů na novou úroveň. Má důležité aplikační vyhlídky v celopevnolátkových laserech, optické frekvenční hřebeny, komprese laserového pulsu, tvarování paprsku, a zapletené světelné zdroje v kvantové komunikaci.

Vyhlídka na krystal lithium niobátu

(1) Akustická aplikace

Aktuální mobilní komunikační síť páté generace (5celkové tržby na celosvětovém trhu s fotomaskami v) Nasazení zahrnuje frekvenční pás Sub-6G 3 ~ 5 GHz a výše uvedený frekvenční pás Millimetru vlny 24 GHz. Zvýšení frekvence komunikace nejen vyžaduje, aby bylo možné splnit piezoelektrické vlastnosti krystalických materiálů, ale také vyžaduje tenčí oplatky a menší mezidigitální rozestupy elektrody, A výrobní proces zařízení je velmi zpochybněn.

Proto, v éře 4G a dříve, Povrchové akustické filtry široce používané v krystalech lithia niobátů a krystaly lithia tantalátu čelí konkurenci objemových akustických vlnových zařízení (Baw) a tenké filmové akustické rezonátory (Fbre) V éře 5G. .

Krystaly niobatu lithia dosáhly rychlého pokroku ve filtrech s vyšší frekvencí, a techniky výroby materiálů a zařízení stále ukazují velký potenciál. S vývojem lithium niobte s jedním krystalem tenkých filmových materiálů a nových technologií akustických zařízení, Jako jedno z hlavních zařízení budoucí komunikace 5G, Front-end RF filtry založené na krystalech lithia niobátů mají důležité vyhlídky na aplikaci.

(2) Aplikace optické komunikace

Klíčové komponenty vysokorychlostních optických komunikačních sítí jsou optické modulátory. Budoucí požadavky na lithium niobate elektrooptické modulátory zahrnují vyšší míru modulace, Miniaturizace a integrace.

V současnosti, Elektrooptické modulátory lithia niobatu používané v komerčních aplikacích jsou hlavně 40/100 GBPS, a byly vyvinuty modulátory lithia niobate s vyšší mírou. Například, v 2017, Fujitsu vydal a 600 Elektrooptický modulátor GBPS lithium niobate. V současnosti, 400 Gbps a 600 Produkty Gbps se postupně dostávají na trh.

Optická komunikační technologie je důležitou součástí výstavby mobilní komunikační sítě páté generace, a lithium-niobátový elektrooptický modulátor, jako základní zařízení, bude také znamenat větší rozvoj.

(3) Fotonický integrovaný čip

Fotony byly široce používány ve vysokokapacitní komunikaci, optické úložiště, přenos informací, zpracování informací, detekce a další obory. Stejně jako vývoj elektroniky od diskrétních součástek k integrovaným obvodům, požadavky na miniaturizaci, integrace, malá spotřeba energie, modularizace, inteligence a vysoká spolehlivost fotonických zařízení jsou stále vyšší a vyšší. Nahrazuje diskrétní optiku.

Vývoj integrovaných fotonických čipů v rané fázi byl poháněn především poptávkou po optické komunikaci, a výzkumy byly prováděny kolem fotoniky na bázi křemíku a integrace na bázi fosfidu na india.

Integrované čipy z fotoniky na bázi křemíku se rychle vyvinuly kvůli obrovskému zralému polovodičovému materiálu a technologickému systému procesu, Technologie přípravy laseru na bázi křemíku však byla vždy nedostatkem, a v současné době se spoléhá na smíšenou integraci s fosfidem india; Komercializovaly se některé fotonické čipy integrované fosfidem india, a jejich výkon je lepší než fotoniky na bázi silikonu integrované čipy, Chybí jim však obecná procesní platforma, jako je křemík, a technologie procesu je složitá a drahá.

Integrovaný výzkum fotoniky založeného na lithiu, což je poháněno poptávkou po optické komunikaci, zaměřuje se hlavně na modulátory Light Interference Mach-Zehnder, fázové modulátory, a integrované optické spínače.

Kromě poptávky po integrované fotonice v oblasti optické komunikace, budoucí poptávka po optickém kvantovém zpracování informací na bázi fotoniky, optické výpočty, biosnímání, detekce zobrazení, zpracování signálu, skladování, 3D displej, atd. Hybridní integrační schéma je obtížné aplikovat.

Z pohledu vývoje jednotlivých technologií, téměř všechny fotonické komponenty byly realizovány na bázi krystalů niobátu lithného, počítaje v to:

Lasery s uzamčeným režimem, Q-spínané lasery a optické zesilovače realizované dopingem vzácných zemin;
Optické vlnovody realizované difúzí titanu a výměnou protonů, stejně jako integrované optické spínače, optické výhybky, optické spojky, a jednofotonovou detekci;
Intenzita, fázová a polarizační modulace, detekce čela vlny a výběr optického pulsu, atd., realizované elektrooptickým efektem;
Optická frekvenční konverze a kvantově provázané generování fotonů realizované nelineárními optickými efekty;
Mřížky, holografické úložiště, fázových konjugátorů, prostorové modulátory světla, atd. realizované fotorefrakčním efektem;
Nová zařízení, jako jsou celooptická logická hradla, poloviční sčítači, a frekvenční hřebeny vyvinuté z fotonických krystalů niobátu lithného a optických mikrodutin niobátu lithného;
Vzájemná konverze a vnímání síly, teplo, světlo a další signály jsou realizovány prostřednictvím piezoelektrického jevu, pyroelektrický efekt, a fotoelastický efekt.

V aktuálně vyvinutém systému optoelektronických materiálů, je vzácné vyvinout tolik základních optických komponent, fotonická zařízení a optoelektronická zařízení založená na stejném hostitelském materiálu. Díky tomu jsou také lidé plné očekávání, že krystaly lithia niobátů budou v budoucnu hrát důležitější roli při vývoji integrovaných fotonických čipů.

Ultra-povrchová mikro-nano struktura připravená krystaly niobatu lithia (Zdroj: Nankai University)

Krystaly lithia niobate integrují řadu optoelektronických vlastností a mohou splňovat praktické požadavky na výkon, které jsou velmi vzácné v optoelektronických materiálech. S vývojem a zlepšováním základních technologií, jako je teorie, Příprava a aplikace lithium niobate krystalického integrovaného fotonického čipů, lithium niobate krystal se stal “Optický křemík” Materiál ve fotonické éře, Poskytování strategického základu pro rozvoj integrované fotoniky.

Pokud potřebujete jakékoli dotazy týkající se řezání optického krystalu, prosím zanechat zprávu, Odpovězte okamžitě po obdržení zprávy.

3 minut k pochopení krystalu niobátu lithia（2）