3 хвилин, щоб зрозуміти кристал ніобату літію（2）
Основні сфери застосування кристалів ніобату літію
(1) П'єзоелектричне застосування
Кристал ніобату літію має високу температуру Кюрі, малий температурний коефіцієнт п'єзоелектричного ефекту, високий коефіцієнт електромеханічного зчеплення, низькі діелектричні втрати, стабільні фізико-хімічні властивості кристала, хороша продуктивність обробки, і легко готувати великі за розміром і якісні кристали. Це чудовий п'єзоелектричний кристалічний матеріал.
У порівнянні з зазвичай використовуваним п'єзоелектричним кристалом кварцу, Кристал ніобату літію має високу швидкість звуку, які можуть готувати високочастотні пристрої.
тому, кристали ніобату літію можна використовувати в резонаторах, перетворювачі, лінії затримки, фільтри, тощо, і в цивільних сферах, таких як мобільний зв'язок, супутниковий зв'язок, цифрова обробка сигналу, телебачення, мовлення, радар, дистанційне зондування та телеметрія, а також електронні засоби протидії, запобіжники, керівництво та інші військові сфери, одним із найпоширеніших є фільтр поверхневих акустичних хвиль (SAWF).
2.4 ГГц поверхневий акустичний фільтр (ПИЛА) зліва; невеликий дуплексер SAW праворуч
(2) Оптичні програми
Крім п'єзоелектричного ефекту, фотоелектричний ефект кристала ніобату літію дуже багатий, серед яких електрооптичний ефект і нелінійний оптичний ефект мають видатну продуктивність і також є найбільш широко використовуваними.
крім того, кристали ніобату літію можуть створювати високоякісні оптичні хвилеводи за допомогою протонного обміну або дифузії титану, а також може отримувати періодично поляризовані кристали за допомогою інверсії поляризації.
тому, він широко використовується в електрооптичних модуляторах, фазові модулятори, вбудовані оптичні перемикачі, електрооптичні Q-перемикачі, електрооптичне відхилення, датчики високої напруги, виявлення хвильового фронту, оптичні параметричні осцилятори, і сегнетоелектричні надгратки.
В додаток, застосувань на основі кристалів ніобату літію, таких як двозаломлюючі клини, голографічна оптика, інфрачервоні піроелектричні детектори, також повідомлялося про хвилевідні лазери, леговані ербієм.
Електрооптичний модулятор з ніобату літію
(3) Діелектричні надгратки
в 1962, Армстронг та ін.. вперше запропонував концепцію квазіфазового збігу (QPM, Квазі-фазовий збіг), який використовує інвертований вектор решітки, наданий надграткою, щоб компенсувати неузгодженість фаз в оптичному параметричному процесі.
Напрямок поляризації сегнетоелектрика визначає знак нелінійної поляризовності χ2. Сегнетоелектрична доменна структура з протилежним періодичним напрямком поляризації може бути підготовлена в сегнетоелектрику для реалізації технології квазіфазового узгодження, включаючи ніобат літію та танталат літію, титанілфосфат калію та інші кристали можуть бути отримані періодично поляризованими кристалами, серед них, Кристал ніобату літію є найбільш раннім і найбільш широко використовуваним матеріалом у підготовці та застосуванні цієї технології.
Початкове застосування періодично поляризованих кристалів ніобату літію в основному вважається застосованим для лазерного перетворення частоти. в 2014, Jin та ін. розробив інтегрований фотонний чіп з оптичною суперґраткою на основі реконфігурованого хвилеводу з ніобату літію., і вперше реалізували ефективну генерацію заплутаних фотонів і високошвидкісну електрооптичну модуляцію на чіпі.
Можна сказати, що пропозиція та розвиток теорії діелектричної надґратки підштовхнули застосування ніобату літію та інших сегнетоелектричних кристалів на новий рівень. Він має важливі перспективи застосування в повністю твердотільних лазерах, оптичні частотні гребінки, стиснення лазерного імпульсу, формування пучка, і заплутані джерела світла в квантових комунікаціях.
Перспектива кристалів ніобату літію
(1) Акустичне застосування
Сучасна мережа мобільного зв'язку п'ятого покоління (5Г) розгортання включає діапазон частот sub-6G 3~5 ГГц і діапазон частот міліметрових хвиль вище 24 ГГц. Збільшення частоти зв’язку вимагає не тільки задоволення п’єзоелектричних властивостей кристалічних матеріалів., але також вимагає більш тонких пластин і меншої міжпальцевої відстані між електродами, і процес виготовлення пристроїв є серйозною проблемою.
тому, в епоху 4G і раніше, поверхневі акустичні фільтри, які широко використовуються в кристалах ніобату літію та кристалах танталату літію, стикаються з конкуренцією об’ємних акустичних хвильових пристроїв (BAW) і тонкоплівкові акустичні резонатори (FBAR) в епоху 5G. .
Кристали ніобату літію досягли швидкого прогресу у високочастотних фільтрах, а матеріали та технології виготовлення пристроїв все ще демонструють великий потенціал. З розвитком монокристалічних тонкоплівкових матеріалів ніобату літію та нових технологій акустичних пристроїв, як один із основних пристроїв майбутнього зв’язку 5G, Вхідні РЧ-фільтри на основі кристалів ніобату літію мають важливі перспективи застосування.
(2) Програми оптичного зв'язку
Оптичні модулятори є ключовими компонентами високошвидкісних оптичних мереж зв'язку. Майбутні вимоги до електрооптичних модуляторів з ніобату літію включають вищі швидкості модуляції, мініатюризація та інтеграція.
Наразі, електрооптичні модулятори ніобату літію, які використовуються в основному в комерційних цілях 40/100 Гбіт/с, і були розроблені модулятори ніобату літію з високою швидкістю. Наприклад, в 2017, Fujitsu випустила a 600 Електрооптичний модулятор на ніобаті літію Гбіт/с. Наразі, 400 Гбіт/с і 600 Продукти Gbps поступово виходять на ринок.
Технологія оптичного зв'язку є важливою частиною побудови мережі мобільного зв'язку п'ятого покоління, і електрооптичний модулятор ніобату літію, як основний пристрій, також започаткує більший розвиток.
(3) Фотонний інтегрований чіп
Фотони широко використовуються у зв'язку високої пропускної спроможності, оптичний накопичувач, передача інформації, інформація обробляється, виявлення та інші поля. Як розвиток електроніки від дискретних компонентів до інтегральних схем, вимоги до мініатюризації, інтеграція, низьке енергоспоживання, модульність, інтелектуальність і висока надійність фотонних пристроїв стають все вищими і вищими. Замінює дискретну оптику.
Розробка інтегрованих фотонних мікросхем на ранній стадії в основному була зумовлена попитом на оптичний зв’язок, були проведені дослідження навколо фотоніки на основі кремнію та інтеграції на основі фосфіду індію.
Фотонічні інтегровані мікросхеми на основі кремнію швидко розвиваються завдяки величезному зрілому напівпровідниковому матеріалу та технологічній системі, але технологія лазерної підготовки на основі кремнію завжди була недоліком, і в даний час покладається на змішану інтеграцію з фосфідом індію; Деякі інтегровані фотонні чіпи з фосфідом індію були комерційно випущені, і їх продуктивність краща, ніж інтегровані фотонічні чіпи на основі кремнію, але їм не вистачає загальної платформи процесу, як кремній, а технологія процесу складна і дорога.
Комплексні фотонічні дослідження на основі ніобату літію, що зумовлено попитом на оптичний зв’язок, в основному зосереджується на інтерференційних модуляторах світла Маха-Цендера, фазові модулятори, і вбудовані оптичні перемикачі.
На додаток до попиту на інтегровану фотоніку в області оптичного зв'язку, майбутній попит на оптичну квантову обробку інформації на основі фотоніки, оптичні обчислення, біосенсинг, виявлення зображень, обробка сигналу, зберігання, 3D дисплей, і т.д.. Гібридну схему інтеграції важко застосувати.
З точки зору розвитку єдиної технології, майже всі фотонні компоненти були реалізовані на основі кристалів ніобату літію, в тому числі:
- Лазери з синхронізованим режимом, Лазери з модуляцією добротності та оптичні підсилювачі, реалізовані за допомогою рідкоземельного легування;
- Оптичні хвилеводи, реалізовані шляхом дифузії титану та протонного обміну, а також вбудовані оптичні перемикачі, оптичні кросовери, оптичні муфти, і детектування одного фотона;
- Інтенсивність, фазова і поляризаційна модуляція, виявлення хвильового фронту та виділення оптичного імпульсу, тощо, реалізується електрооптичним ефектом;
- Оптичне перетворення частоти та квантова генерація заплутаних фотонів, реалізована за допомогою нелінійних оптичних ефектів;
- Решітки, голографічний накопичувач, фазові кон'югатори, просторові модулятори світла, і т.д.. реалізується фоторефрактивним ефектом;
- Нові пристрої, такі як повністю оптичні логічні вентилі, половинні суматори, і частотні гребінки, розроблені з фотонних кристалів ніобату літію та оптичних мікропорожнин.;
- Взаємне перетворення і відчуття сили, тепло, світлові та інші сигнали реалізуються за допомогою п'єзоефекту, піроелектричний ефект, і фотоеластичний ефект.
У розробленій в даний час системі оптоелектронних матеріалів, рідко можна розробити стільки основних оптичних компонентів, фотонічні пристрої та оптоелектронні пристрої на основі одного основного матеріалу. Це також змушує людей сподіватися, що кристали ніобату літію відіграватимуть більш важливу роль у розробці інтегрованих фотонних чіпів у майбутньому..
Ультраповерхнева мікронаноструктура, отримана кристалами ніобату літію (Джерело: Нанкайський університет)
Кристали ніобату літію об’єднують різноманітні оптоелектронні властивості та можуть відповідати практичним вимогам до продуктивності, які дуже рідко зустрічаються в оптоелектронних матеріалах. З розвитком і вдосконаленням основних технологій, таких як теорія, Підготовка та застосування кристалів ніобату літію інтегрованих фотонних мікросхем, кристал ніобату літію став “оптичний кремній” матеріал у фотонну еру, створення стратегічної основи для розвитку інтегрованої фотоніки.
Якщо вам потрібні будь-які питання, пов'язані з різанням оптичного кристала, будь ласка залишити повідомлення, відповісти відразу після отримання повідомлення.
