3 分でわかるニオブ酸リチウム結晶（2）
ニオブ酸リチウム結晶の主な用途
(1) 圧電応用
ニオブ酸リチウム結晶はキュリー温度が高い, 圧電効果の温度係数が小さい, 高い電気機械結合係数, 低誘電損失, 結晶の安定した物理的および化学的性質, 処理性能が良い, 大型で高品質の結晶を簡単に作成できます. 優れた圧電結晶材料です.
一般的に使われている圧電水晶クオーツと比べて, ニオブ酸リチウム結晶は音速が高い, 高周波デバイスを作製できる.
故に, ニオブ酸リチウム結晶は共振器に使用可能, トランスデューサー, 遅延線, フィルター, 等, モバイル通信などの民生分野でも, 衛星通信, デジタル信号処理, テレビ, 放送, レーダー, リモートセンシングとテレメトリ, 電子的な対策も, 信管, 指導およびその他の軍事分野, 最も広く使用されているものの 1 つは弾性表面波フィルターです。 (ソーフ).
2.4 GHz表面音響フィルタ (見た) 左に; 右側の小さなSAWデュプレクサ
(2) 光学用途
圧電効果に加えて, ニオブ酸リチウム結晶の光電効果は非常に豊富です, 中でも電気光学効果と非線形光学効果は優れた性能を持ち、最も広く使われています。.
又, ニオブ酸リチウム結晶は、プロトン交換またはチタン拡散により高品質の光導波路を作製できる, 分極反転により周期的に分極した結晶を作製することもできます。.
故に, 電気光学変調器で広く使用されています, 位相変調器, 統合された光スイッチ, 電気光学式Qスイッチ, 電気光学偏向, 高電圧センサー, 波面検出, 光パラメトリック発振器, 強誘電体超格子.
加えて, 複屈折ウェッジなどのニオブ酸リチウム結晶に基づくアプリケーション, ホログラフィック光学系, 赤外線焦電検出器, エルビウムドープ導波路レーザーも報告されています.
ニオブ酸リチウム電気光学変調器
(3) 誘電体超格子
で 1962, アームストロングら。. 準位相整合の概念を最初に提案した (QPM, 準位相整合), 超格子によって提供される逆格子ベクトルを使用して、光パラメトリックプロセスにおける位相不整合を補償します。.
強誘電体の分極方向は、非線形分極率 χ2 の符号を決定します。. 強誘電体中に周期分極方向が逆の強誘電体ドメイン構造を作製し、擬似位相整合技術を実現, ニオブ酸リチウムおよびタンタル酸リチウムを含む, リン酸チタニルカリウムやその他の結晶は周期的に分極した結晶を調製できます, その中で, ニオブ酸リチウム結晶は、この技術の準備と応用において最も古く、最も広く使用されている材料です。.
周期分極ニオブ酸リチウム結晶の初期応用は主にレーザー周波数変換への応用と考えられている. で 2014, ジンら. 再構成可能なニオブ酸リチウム導波路光路に基づいた光超格子集積フォトニックチップを設計, もつれ光子の効率的な生成と高速電気光学変調を初めてチップ上で実現.
誘電体超格子理論の提案と発展は、ニオブ酸リチウムをはじめとする強誘電体結晶の応用を新たなレベルに押し上げたと言えます。. 全固体レーザーにおける重要な応用の可能性を秘めています, 光周波数コム, レーザーパルス圧縮, ビーム整形, 量子通信におけるもつれ光源.
ニオブ酸リチウム結晶の展望
(1) 音響用途
現在の第5世代移動通信網 (5G) 3～5GHzのサブ6G周波数帯とそれ以上のミリ波周波数帯を含む展開 24 GHz. 通信周波数の向上には、結晶材料の圧電特性を満たすだけでなく、, しかし、より薄いウェーハとより小さな櫛形電極間隔も必要です, そしてデバイスの製造プロセスは大きな課題となっています.
故に, 4G時代以前, ニオブ酸リチウム結晶やタンタル酸リチウム結晶で広く使用されている表面音響フィルタは、バルク弾性波デバイスとの競争に直面している (BAW) および薄膜空洞音響共振器 (FBAR) 5G時代に. .
ニオブ酸リチウム結晶は高周波フィルターにおいて急速な進歩を遂げた, 材料とデバイス製造技術には依然として大きな可能性が秘められています. ニオブ酸リチウム単結晶薄膜材料の開発と新たな音響デバイス技術の開発により, 将来の5G通信の中核デバイスの1つとして, ニオブ酸リチウム結晶をベースにしたフロントエンド RF フィルターには重要な応用の見通しがある.
(2) 光通信アプリケーション
光変調器は高速光通信ネットワークの重要なコンポーネントです. ニオブ酸リチウム電気光学変調器の将来の要件には、より高い変調速度が含まれます, 小型化と集積化.
現在のところ, 商業用途で使用されるニオブ酸リチウム電気光学変調器は主に 40/100 Gbps, より高速なニオブ酸リチウム変調器が開発されています。. 例えば, で 2017, 富士通が発売した 600 Gbps ニオブ酸リチウム電気光学変調器. 現在のところ, 400 Gbpsと 600 Gbps製品が徐々に市場に参入しつつある.
第5世代移動通信網の構築には光通信技術が重要, そしてニオブ酸リチウム電気光学変調器, コアデバイスとして, さらに大きな発展をもたらすでしょう.
(3) フォトニック統合チップ
光子は大容量通信に広く使用されています, 光ストレージ, 情報発信, 情報処理, 検出およびその他の分野. ディスクリート部品から集積回路までのエレクトロニクスの開発と同様, 小型化の要件, 統合, 低消費電力, モジュール化, フォトニクスデバイスの知能と高信頼性はますます高くなっています. ディスクリート光学系を置き換えます.
初期段階の統合フォトニクス チップの開発は、主に光通信の需要によって推進されました。, シリコンベースのフォトニクスとリン化インジウムベースの集積化に関する研究が行われました。.
シリコンベースのフォトニクス集積チップは、巨大で成熟した半導体材料とプロセス技術システムのおかげで急速に発展しました。, しかし、シリコンベースのレーザー準備技術には常に欠点がありました。, 現在はリン化インジウムとの混合統合に依存しています。; いくつかのリン化インジウム集積フォトニックチップが商品化されている, そのパフォーマンスはシリコンベースのフォトニクス統合チップよりも優れています。, しかし、シリコンのような一般的なプロセスプラットフォームがありません。, プロセス技術は複雑で高価です.
ニオブ酸リチウムを用いた集積フォトニクス研究, これは光通信の需要によって推進されています, 主にマッハツェンダー干渉光変調器に焦点を当てています, 位相変調器, 統合された光スイッチ.
光通信分野における集積フォトニクスの需要に加えて, フォトニクスベースの光量子情報処理の将来の需要, 光コンピューティング, バイオセンシング, 画像検出, 信号処理, ストレージ, 3Dディスプレイ, 等. ハイブリッド統合スキームの適用は困難.
単体技術開発の観点から, ほぼすべてのフォトニックコンポーネントはニオブ酸リチウム結晶に基づいて実現されています, 含む:
- モードロックレーザー, 希土類ドーピングによるQスイッチレーザーと光増幅器;
- チタン拡散とプロトン交換で実現した光導波路, 統合された光スイッチと同様に, 光学クロスオーバー, 光結合, および単一光子検出;
- 強度, 位相および偏波変調, 波面検出と光パルス選択, 等, 電気光学効果により実現;
- 非線形光学効果による光周波数変換と量子もつれ光子の生成;
- 格子, ホログラフィックストレージ, 位相共役, 空間光変調器, 等. フォトリフラクティブ効果により実現;
- 全光ロジックゲートなどの新デバイス, 半加算器, ニオブ酸リチウムフォトニック結晶とニオブ酸リチウム光マイクロキャビティから開発された周波数コム;
- 力の相互変換と感知, 熱, 光やその他の信号は圧電効果によって実現されます, 焦電効果, 光弾性効果.
現在開発されている光電子材料システムでは, これほど多くの基本的な光学コンポーネントを開発することはまれです, 同じホスト材料に基づくフォトニクスデバイスと光電子デバイス. このことはまた、ニオブ酸リチウム結晶が将来の集積フォトニクスチップの開発においてより重要な役割を果たすことへの期待に満ちています。.
ニオブ酸リチウム結晶が作製する超表面マイクロ・ナノ構造体 (ソース: 南開大学)
ニオブ酸リチウム結晶は、さまざまな光電子特性を統合し、実用的な性能要件を満たすことができます。, オプトエレクトロニクス材料では非常にまれです. 理論などのコア技術の開発・改良により, ニオブ酸リチウム結晶集積フォトニクスチップの作製と応用, ニオブ酸リチウム結晶は、 “光学シリコン” フォトニック時代の材料, 統合フォトニクス開発の戦略的基盤を提供.
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