3 Minuten, um den Lithiumniobat-Kristall zu verstehen (1)
Mit der Einführung von “neue Infrastruktur”, 5G ist allmählich in unser Leben getreten, und Dienste wie Cloud Computing, virtuelle Realität, Datenkommunikation, und hochauflösendes Video haben sich ebenfalls weiterentwickelt, Vorantreiben des Upgrades von optischen Kernnetzen auf Ultrahochgeschwindigkeits- und Ultralangstreckenübertragung. In diesem Prozess, Es gibt ein Kerngerät, das unerlässlich ist – das ist der Lithiumniobat-Modulator (LiNbO3).
Lithiumniobat-Modulator
Es wird berichtet, dass der Lithiumniobat-Modulator durch Nutzung des elektrooptischen Effekts von Lithiumniobat-Kristallen in Kombination mit dem optoelektronischen Integrationsprozess hergestellt wird. Es kann elektronische Daten in photonische Informationen umwandeln und ist die Kernkomponente für die Realisierung der elektrooptischen Umwandlung. Speziell, was ist daran so herausragend?, Wir müssen zunächst den elektrooptischen Effekt und die Anwendung seines Rohstoffs Lithiumniobatkristall verstehen.
Über Lithiumniobatkristalle
Lithiumniobat ist eine Verbindung von Niob, Lithium und Sauerstoff. Es ist ein negativer Kristall mit einer großen spontanen Polarisation (0.70 C/m2 bei Raumtemperatur), und ist ein Ferroelektrikum mit der höchsten Curie-Temperatur (1210 °C) bisher gefunden.
Das Bild links zeigt einen 3-Zoll-Kristall aus nominell reinem Lithiumniobat in optischer Qualität mit derselben Zusammensetzung; Das Bild rechts zeigt einen mit Eisen dotierten Lithiumniobat-Kristall
Lithiumniobatkristalle haben zwei Eigenschaften, die besonders attraktiv sind. Zuerst, Lithiumniobatkristalle haben viele photoelektrische Effekte, einschließlich piezoelektrischem Effekt, elektrooptischer Effekt, nichtlinearer optischer Effekt, photorefraktiver Effekt, Photovoltaischer Effekt, und photoelastische Wirkung, akusto-optischer Effekt und andere photoelektrische Eigenschaften;
Zweite, Die Leistung von Lithiumniobatkristallen ist gut kontrollierbar, Dies wird durch die Gitterstruktur und die zahlreichen Defektstrukturen von Lithiumniobat-Kristallen verursacht. Viele Eigenschaften von Lithiumniobatkristallen können durch die Kristallzusammensetzung stark reguliert werden, Elementdotierung, und Valenzkontrolle.
Zusätzlich, Die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Lithiumniobatkristallen sind recht stabil, einfach zu verarbeiten, großer Lichtdurchlässigkeitsbereich, große Doppelbrechung, und einfach herzustellende hochwertige optische Wellenleiter.
daher, Der auf Lithiumniobatkristall basierende optische Modulator bietet beispiellose Vorteile bei der Fernkommunikation: es hat nicht nur einen kleinen Chirp-Effekt, hohe Modulationsbandbreite, gutes Extinktionsverhältnis, sondern verfügt auch über eine hervorragende Stabilität und hohe Geschwindigkeit. Es wird häufig in der Fernkommunikation mit hoher Geschwindigkeit und hoher Bandbreite eingesetzt.
Die Harvard University äußerte sich einmal zu Lithiumniobat: wenn das Zentrum der elektronischen Revolution nach dem Siliziummaterial benannt ist, Dann dürfte der Geburtsort der Photonik-Revolution nach Lithiumniobat benannt sein.
Herstellung von Lithiumniobat-Kristallen
(1) Lithiumniobatkristall mit der gleichen Zusammensetzung
Für die gleiche Zusammensetzung des Lithiumniobat-Kristalls, Bei seiner Herstellung wird hauptsächlich die Ziehmethode angewendet. Obwohl die Blasenmethode, die Guided-Mode-Methode, und die Temperaturgradientenmethode wurden auch zur Herstellung von Lithiumniobatkristallen verwendet, Sie haben gegenüber der Zugmethode keine offensichtlichen Vorteile oder klare Anwendungsanforderungen, Daher haben sie keine große Aufmerksamkeit erhalten.
(2) Nahezu stöchiometrisches Verhältnis von Lithiumniobatkristallen
Obwohl der Lithiumniobatkristall mit nahezu stöchiometrischem Verhältnis viele hervorragende photoelektrische Eigenschaften aufweist, sein Verhältnis weicht vom eutektischen Punkt der Fest-Flüssigkeit und gleicher Zusammensetzung ab, Daher ist es unmöglich, mit der herkömmlichen Ziehmethode hochwertige Kristalle zu züchten. Derzeit, Die wichtigsten Herstellungsmethoden sind die Lithium-reiche Schmelzmethode, Flussmethode und Diffusionsmethode.
(3) Einkristalliner Dünnfilm aus Lithiumniobat
Einkristalline Dünnfilme aus Lithiumniobat können in Mikro-Nano-Strukturen wie optischen Wellenleitern und akustischen Geräten verwendet werden, sowie bei der Herstellung hybrider integrierter Geräte wie z. B. siliziumbasierter Geräte. Die Herstellung von Lithiumniobat-Einkristall-Dünnfilmen wird seit langem erforscht, aber die einzige Methode, die wirklich angewendet wurde, ist die “Ionenschneiden” Technologie. Derzeit, Es wurde kommerzialisiert und kann einkristalline Dünnschichtprodukte mit einer Dicke von 300 bis 900 nm liefern.
Einkristalliner Dünnfilm aus Lithiumniobat
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