3 minuti per capire il cristallo di niobato di litio (1)
Con l'introduzione di “nuova infrastruttura”, 5G è entrato gradualmente nelle nostre vite, e servizi come il cloud computing, realta virtuale, comunicazione dei dati, e anche il video ad alta definizione ha continuato a svilupparsi, guidando l'aggiornamento delle reti ottiche principali alla trasmissione ad altissima velocità e a lunghissima distanza. In questo processo, c'è un dispositivo centrale che è essenziale – cioè il modulatore del niobato di litio (LiNbO3).
Modulatore Niobato di Litio
È stato riferito che il modulatore di niobato di litio è realizzato utilizzando l'effetto elettro-ottico del cristallo di niobato di litio combinato con il processo di integrazione optoelettronica. Può convertire i dati elettronici in informazioni fotoniche ed è il componente principale per realizzare la conversione elettro-ottica. In particolare, ciò che è eccezionale su di esso, dobbiamo prima capire l'effetto elettro-ottico e l'applicazione del cristallo di niobato di litio della sua materia prima.
Informazioni sui cristalli di niobato di litio
Il niobato di litio è un composto del niobio, litio e ossigeno. È un cristallo negativo con una grande polarizzazione spontanea (0.70 C/m2 a temperatura ambiente), ed è un ferroelettrico con la più alta temperatura di Curie (1210 °C) trovato finora.
L'immagine a sinistra è un cristallo di niobato di litio nominalmente puro di grado ottico da 3 pollici con la stessa composizione; l'immagine a destra è un cristallo di niobato di litio drogato con ferro
I cristalli di niobato di litio hanno due caratteristiche particolarmente attraenti. Primo, i cristalli di niobato di litio hanno molti effetti fotoelettrici, compreso l'effetto piezoelettrico, effetto elettro-ottico, effetto ottico non lineare, effetto fotorefrattivo, effetto fotovoltaico, ed effetto fotoelastico, effetto acusto-ottico e altre proprietà fotoelettriche;
Secondo, le prestazioni dei cristalli di niobato di litio sono altamente controllabili, che è causato dalla struttura reticolare e dalle abbondanti strutture difettose dei cristalli di niobato di litio. Molte proprietà dei cristalli di niobato di litio possono essere notevolmente regolate dalla composizione cristallina, elemento drogante, e controllo di valenza.
Inoltre, le proprietà fisiche e chimiche dei cristalli di niobato di litio sono abbastanza stabili, facile da elaborare, ampia gamma di trasmissione della luce, ampia birifrangenza, e facili da preparare guide d'onda ottiche di alta qualità.
Perciò, il modulatore ottico basato sul cristallo di niobato di litio presenta vantaggi ineguagliabili nella comunicazione a lunga distanza: non ha solo un piccolo effetto cinguettio, elevata larghezza di banda di modulazione, buon rapporto di estinzione, ma ha anche un'eccellente stabilità e alta velocità. È ampiamente utilizzato nelle comunicazioni a lunga distanza ad alta velocità e larghezza di banda elevata.
L'Università di Harvard una volta ha commentato il niobato di litio: se il centro della rivoluzione elettronica prende il nome dal materiale siliconico, allora è probabile che il luogo di nascita della rivoluzione fotonica prenda il nome dal niobato di litio.
Preparazione di cristalli di niobato di litio
(1) Cristallo di niobato di litio con la stessa composizione
Per la stessa composizione del cristallo di niobato di litio, la sua preparazione adotta principalmente il metodo di trazione. Sebbene il metodo della bolla, il metodo della modalità guidata, e il metodo del gradiente di temperatura sono stati utilizzati anche per preparare cristalli di niobato di litio, non hanno evidenti vantaggi o chiari requisiti applicativi rispetto al metodo di trazione, quindi non hanno ricevuto molta attenzione.
(2) Rapporto quasi stechiometrico dei cristalli di niobato di litio
Sebbene il cristallo di niobato di litio con rapporto quasi stechiometrico abbia molte eccellenti proprietà fotoelettriche, il suo rapporto devia dal punto eutettico del solido-liquido e dalla stessa composizione, quindi è impossibile utilizzare il metodo di estrazione convenzionale per coltivare cristalli di alta qualità. Attualmente, i principali metodi di preparazione sono il metodo di fusione ricco di litio, metodo del flusso e metodo della diffusione.
(3) Film sottile monocristallino di niobato di litio
I film sottili a cristallo singolo di niobato di litio possono essere utilizzati in strutture micro-nano come guide d'onda ottiche e dispositivi acustici, così come nella preparazione di dispositivi integrati ibridi come i dispositivi basati su silicio. Le persone hanno esplorato a lungo la preparazione di film sottili a cristallo singolo di niobato di litio, ma l'unico metodo realmente applicato è il “Taglio di ioni” tecnologia. Attualmente, è stato commercializzato e può fornire prodotti a film sottile a cristallo singolo con uno spessore di 300~900 nm.
Film sottile monocristallino di niobato di litio
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