铌酸锂单晶薄膜材料

铌酸锂晶体集电光、声光和非线性光学等物理特性于一身,且透光范围宽,作为一种重要的光学材料被广泛应用于通信、传感等领域。通过离子注入与直接键合的方式制备出的铌酸锂单晶薄膜材料,保留了铌酸锂体材料的优秀物理特性,并且具有高折射率对比度的优点,使光子器件在集成度和性能上都得到了很大程度的提升。本文介绍了铌酸锂薄膜的制备及应用,展示了直径6英寸(1英寸=2.54 cm)的铌酸锂单晶薄膜。将硅单晶薄膜覆盖在铌酸锂单晶薄膜上面,形成一种新型的复合薄膜材料,结合了铌酸锂出色的光学性能和硅出色的电学性能,本文报道了直径3英寸的复合薄膜材料,X射线证明硅薄膜是单晶结构,这种复合薄膜在未来的集成光电芯片中具有应用潜力。     

薄膜铌酸锂光电探测器近期研究进展

铌酸锂晶体具有高电光、压电和非线性光学系数,宽光学透明范围、兼容速度匹配、相位匹配和色散工程,长期稳定性以及可低成本制备光学级晶圆等众多优势,作为构筑如电光调制器、光学频率梳、光波导等光电子器件的重要平台,在信息通信领域的光产生、光传输、光调制等领域大放异彩,被誉为“光子领域的硅”,具有巨大的集成应用潜力,受到学术界和产业界的广泛关注。然而,由于铌酸锂的绝缘体和弱光学吸收特性,基于铌酸锂平台的集成应用领域还面临光电转换效率低和探测难的问题,全光通信中光解调和光提取需要高性能探测器的支撑,因此研发基于铌酸锂的光电探测器具有重大的科学意义和应用价值。本文从铌酸锂的基本结构特性出发,详细介绍了铌酸锂的优异物性和光电转化机理,综述了国内外学者近期的一些研究成果,重点阐述了基于铌酸锂晶体的光波导集成型光电探测器和异质结型光电探测器的研究进展,探讨并比较了不同路线的优点和发展潜力,并对该领域提出展望。     

晶体人生丨祝世宁:从天然结构到人工微结构

与天然或人工晶体结构类似,微结构材料是采用功能基元(即人工微结构,也可称为“人工原子”)加空间序构的方式构筑的新材料体系,它可以实现均匀材料所不具有的超常物性。从半导体超晶格开始,人工微结构经历了光学超晶格、光(声)子晶体、超构材料等的发展,性能调控范围也由原来的电性能扩展到光、声、热、磁、力等。近年来有关铌酸锂晶体及其人工微结构研究举世瞩目,以南京大学为代表的中国科研团队从铌酸锂晶体的畴结构调控开始,在该领域做出许多原创性工作,研究水平居国际前列。展望未来,发展铌酸锂集成光子学还面临三方面的挑战,包括LNOI器件的刻蚀技术、铌酸锂晶圆缺陷和大尺寸铌酸锂薄膜的制备。     

铌酸锂晶体及其应用概述

铌酸锂晶体历史悠久,物理效应最为齐全,被用于制备声学滤波器、谐振器、延迟线、电光调制器、电光调Q开关、相位调制器等器件,在电子技术、光通信技术、激光技术等领域得到了广泛应用,并且在第五代无线通信技术、微纳光子学、集成光子学及量子光学等近期快速发展的领域中展示了重要的应用前景.本文简要综述了铌酸锂晶体的基本性质、晶体制备以及应用情况,对铌酸锂晶体未来的应用发展进行了简要分析.     

铌酸锂晶体的光折变效应

铌酸锂(LiNbO₃, LN)是一种多功能多用途的人工晶体,被称为“光学硅”。近期以铌酸锂薄膜(LNOI)为平台的集成光子学发展迅速,有将“光学硅”变为现实的趋势。高集成意味着高局域高光强密度,使铌酸锂晶体的光折变效应变得不容忽视。光折变效应是光致折射率变化的简称,是非线性光学的重要组成部分。本文回顾了铌酸锂晶体光折变效应的发现和机理、不同掺杂及掺杂组合对光折变效应的调控,重点介绍了铋镁双掺铌酸锂晶体的光折变性能及相关理论和实验结果,概述了铌酸锂光折变波导和孤子,及基于LNOI的集成光子学器件中的光折变效应,并对未来的研究趋势进行了展望。期待我国发挥铌酸锂光折变研究及LNOI产业化的优势,在光子学芯片的竞争中占据主导地位。     

济南晶正电子科技有限公司

济南晶正电子科技有限公司成立于2010年,位于济南章锦综合保税区,是一家致力于纳微米级厚度光电、压电单晶薄膜材料研发、生产及销售的高新技术企业。在国家、省、市各部门大力支持下,依靠山东大学多年的理论和实验积累,研发团队成功突破了离子注入及晶片键合关键技术,开发出纳米厚度铌酸锂单晶薄膜材料产品。产品具有自主知识产权,并拥有多项相关技术专利。
公司产品涵盖多种规格晶体薄膜材料,可用于制作高性能调制器、滤波器、探测器、晶振及高密度信息存储器件等,在光电、压电、铁电、太赫兹、红外探测等领域具有广阔的发展前景,能够带来巨大经济效益和社会效益。公司占地39亩,拥有生产基地及研发中心2万平方米,研发人员30余人,拥有完整生产线,产品销往国内外百余家研究机构及多家国际知名科技公司。在未来的发展中,公司将以纳米级铌酸锂单晶薄膜产品为龙头,建成面向全球的铌酸锂和钽酸锂单晶薄膜系列产品的生产、研发基地,创世界一流品牌,打造一流国际化企业。     

8英寸铌酸锂晶体生长研究

铌酸锂单晶薄膜(LNOI)在新一代信息技术中关键通信器件领域的作用日益显著,随着铌酸锂单晶薄膜制备技术和光子集成技术的发展,降低芯片成本、增加芯片集成度是光子集成芯片永恒不变的发展方向,因此迫切需求大尺寸铌酸锂晶体。本文讨论了大尺寸坩埚中熔体自然对流随着液面下降的变化规律,研究了8英寸(1英寸=2.54 cm)铌酸锂Z轴、X轴两个提拉方向的生长特点,获得等径尺寸大于φ210 mm×50 mm的8英寸Z轴、X轴铌酸锂晶体。1 mm厚X轴铌酸锂晶圆的透过率显示波长380～3 300 nm光谱的透过率超过了70%,晶片纹影图像显示晶体中存在折射率脉理缺陷。     

铌酸锂的耄耋之路:历史与若干进展

铌酸锂集压电、倍频、电光和光折变等特性于一身,被认为是非线性光学的模型晶体,已经表现出巨大的实用价值。铌酸锂在其诞生以来的近百年中,已经在国土安全、医学检测、高能物理、工业探测等领域占据着不可或缺的地位。随着微纳技术的发展,近年来铌酸锂微纳结构中新型光学效应的研究,已经成为国际上竞相争夺的前沿热点之一,相关研究对于产生新型微纳光子学器件具有重要推动作用。本文主要围绕铌酸锂的光学性质综述了其发展历史,同时介绍其在微纳光学领域的研究现状,并对其未来发展进行了展望。     

铌酸锂晶体最佳掺杂含量的理论计算

本文把一个从对电子薄膜材料研究中得到的最佳掺杂含量定量理论推广到铌酸锂晶体材料.该理论建立了电子薄膜材料的某一物理性能与晶体结构、制备方法和掺杂剂含量之间的联系,给出了一个能够拟合实验曲线的具有确定物理意义的抛物线方程.该方程的极值点确定了最佳掺杂含量与晶体结构和制备方法之间的定量关系,进而得到了一个掺杂最佳含量的表达式.系统地分析了铌酸锂晶体材料的掺杂改性的实验结果,应用掺杂最佳含量表达式定量计算了铌酸锂晶体材料的最佳掺杂含量,定量计算的结果与实验数据是比较接近的.该理论方法也适用于其他薄膜材料最佳掺杂含量的理论计算.     

铌酸锂导电畴壁及其应用

铌酸锂(LiNbO₃,LN)是一种多功能的单轴铁电材料,广泛应用于光学调制器、光学频率梳、光波导等领域。导电畴壁(DW)作为镶嵌在绝缘材料中纳米尺度的导电通道,在非易失性存储器、逻辑门、晶体管等领域展现出重要的应用前景,促进了铌酸锂在纳米光电子学领域的应用。绝缘体上铌酸锂薄膜(LNOI)畴壁p-n结的实现有望进一步促进铌酸锂基光电一体化芯片的发展进程。本文简要回顾了铌酸锂导电畴壁的研究进展,介绍了畴壁的制备、导电机制、导电类型和畴壁的应用,重点介绍了铌酸锂畴壁p-n结的研究,进一步结合应用热点概述了铌酸锂畴壁光电子器件开发进程中的关键问题、机遇和挑战。     

铌酸锂晶体的生长研究

近年来,铌酸锂晶体由于其自身所具有的多种优异性能和巨大的应用前景而受到了人们的广泛关注,但生长出满足不同市场要求的高质量铌酸锂单晶体比较困难.本文从晶体生长技术的角度综述了铌酸锂单晶体不同的生长方法以及各自的特点,并分析了在生长铌酸锂晶体时出现的一些问题.     

名义纯及掺杂铌酸锂晶体内偏置场的实验研究

铌酸锂晶体的内偏置场对铁电应用、电光应用和非线性光学应用等均有直接影响。本工作建立了铌酸锂(LN)晶体内偏置场测试方法,对同成分铌酸锂(CLN)晶体、近化学计量比铌酸锂(nSLN)晶体、掺杂铌酸锂(doped LN)晶体的内偏置场和矫顽场进行测量。结果表明,CLN晶体内偏置场最高(E_int=2.53 kV/mm),nSLN晶体的内偏置场大幅降低,其中富锂熔体法生长和气相输运平衡(vapor transport equilibration, VTE)法结合得到的nSLN晶体的内偏置场最小,与CLN晶体相比降低了约两个数量级;掺杂铌酸锂晶体的内偏置场与CLN晶体相比也普遍降低,其中掺6.5%(摩尔分数)Mg的CLN晶体的内偏置场约为CLN晶体的四分之一,掺7%(摩尔分数)Zn的CLN晶体的内偏置场约为CLN晶体的六分之一。最后对组分和掺杂影响内偏置场的因素进行了简要分析。     

Advanced electro-optic properties of nematic liquid crystal doped with high birefringence liquid crystal molecules

The study of fast response nematic liquid crystal display material mixture and synthesis about compounds has always been an important subject in recent years. In this article, one type of high birefringence liquid crystal based on phenyl-diacetylenes was synthesized by sonogashira coupling reaction. A research is conducted on the effect of electro-optic properties of a widely used nematic liquid crystal mixture doped with the prepared high birefringence liquid crystal molecule which concentrations ranging from 1% to 5 wt%. While the results show that the steepness of electro-optic curves first increase and then decrease with the prepared high birefringence liquid crystal molecule content increasing, when the content of high birefringence liquid crystal molecule reaches 3%, electro-optic properties of the mixture liquid crystals are excellent.     

大直径、高掺镁铌酸锂晶体的生长及其紫外光折变性能研究

我们生长了掺镁量分别为3.0mol;、5.0mol;、7.8mol;、9.0mol;的76mm高掺镁铌酸锂晶体,检测了这些晶体的生长条纹情况,并利用双光耦合配置测试了这些晶体在351nm紫外光下的光折变性能.从实验结果看,采用同成分共熔点铌锂配比的高掺镁铌酸锂晶体生长条纹比较多;虽然高掺镁铌酸锂晶体在可见光波段有很好的抗光折变能力,但是在紫外光下具有良好的光折变性能,可以作为优良的紫外光折变材料使用.同时,实验结果表明,掺镁量在5.0mol;的铌酸锂晶体具有最佳的紫外光折变性能.     

Material Properties of Ferroelectric Liquid Crystals and Their Relevance for Applications and Devices

Recent developments in understanding structural and material properties of ferroelectric liquid crystals are reviewed with emphasis on their relevance for electro-optic effects and device applications.

In only a few years the material situation has changed from one characterized by an almost complete lack of technically useful materials to one, not yet adapted to technical needs, but beginning to offer interesting, commercially available ferroelectric mixtures. The present device limitations can, however, be tracked down, not so much to the principal non-availability of materials as to the lack of understanding of which material properties are desirable and needed, in particular to permit simple and efficient matrix addressing. Thus we have centered our discussion to properties of prime importance for device dynamics in this review, which also contains a general discussion of material properties based on the molecular structure, as well as an assessment of the present industrial development.     

弛豫铁电单晶的生长及性能优化研究进展

钙钛矿型(ABO₃)弛豫铁电单晶具有优异的机电耦合性能,被认为是研制下一代医疗超声换能器、高精度压电驱动器、水声换能器等机电耦合器件的核心关键材料。针对弛豫铁电单晶材料制备与物理性能方面尚存在的基础科学与工艺问题,本文综述了近些年弛豫铁电单晶生长与性能优化方面的研究进展,包括若干新的单晶生长方法用以改善弛豫铁电单晶的成分和性能均匀性,提升弛豫铁电单晶压电性能的系列新方法,通过铁电畴结构调控以获得高透光率的弛豫铁电单晶,以及高性能弛豫铁电单晶在电光技术领域的应用等。     

Threshold concentrations in zinc-doped lithium niobate crystals and their structural conditionality

On the basis of precise X-ray diffraction study of lithium niobate single crystals of congruent composition and four zinc-doped (at 2.8, 5.2, 7.6, and 8.2 mol %) crystals, structural conditionality of the threshold concentrations of the dopant has been established. At these concentrations, the mechanism of zinc incorporation into crystal changes. As the zinc concentration increases, this element first substitutes excess niobium, localized in lithium positions, with a simultaneous decrease in the number of vacancies in these positions. Then zinc substitutes lithium with formation of new lithium vacancies. When a certain limit on the number of vacancies is reached, zinc begins to substitute niobium in its main positions. This process is naturally accompanied by a decrease in the number of vacancies to their complete disappearance and formation of a self-compensating crystal. The character of the dependence of the crystal physical properties on the dopant concentration changes specifically when the impurity concentration passes through the threshold values.     

Anisotropy of the electro-optic effect in magnesium-doped LiNbO3 crystals

Specific features of constructing indicatory surfaces of the electro-optic effect (EOE) are described. The generalized case for the symmetry class 3m and all three possible indicatory surfaces under orthogonal experimental conditions, when the directions of light propagation and electric field are orthogonal, is considered. The EOE surfaces are constructed for magnesium-doped lithium niobate crystals. The specific features of anisotropy of these surfaces are discussed and their extreme values and corresponding angular coordinates are found. To construct the indicatory surfaces, all absolute coefficients of the linear electro-optic effect are determined by the interferometric method. The difference in the electro-optic coefficients of pure and magnesiumdoped crystals does not exceed 10%. An advantage of doped crystals is their high durability to high-power laser radiation.