超低损耗铌酸锂光子学

铌酸锂光子集成是推动未来高速光通信和光信息处理领域变革性发展的重要前沿技术。介绍了利用铌酸锂光子芯片制造技术制备集成光路中关键光子结构与器件的最新研究进展。得益于单晶铌酸锂晶体的高非线性系数和强电光效应,利用制备的高性能铌酸锂光子器件演示了多种高效的非线性光学过程。     

铌酸锂和锗酸铋单晶的生长

一、铌酸锂单晶的生长 铌酸锂单晶是采用提拉法生长的人工单晶,它属于三方晶系3m点群的晶体,是铁电、压电和电光材料.它具有高机电耦合系数、高机械品质因子和高居里点等特点.易于生长成大块单晶,能用作微声器件、高频高温超声换能器、激光的调制和倍频以及无线电的高频宽带滤波器等,是一种多用途的材料.1.生长工艺 采用国产原料,其中Nb2O5的纯度有高纯99.99%和低纯冶金级二种,Li2CO3为AR纯,配料点采用固液同成分点和克分子比1:1配制,称好的料放入橡皮衬垫的球磨罐中,加入适量的玛瑙球和蒸馏水,球磨4小时,磨完后出浆烘干,然后干压成直径…     

锗酸铋(Bi_(12)GeO_(20))表面波温度传感器

近来出现的表面波温度传感器不但具有如体波石英测温晶体那种直接输出数字信息的特点,而且还具有频率上限及灵敏度高、线性好、容易批量生产、性能稳定、可靠性和老化特性好等优点.可以制成接触式和非接触式两种类型.这种器件在无线电测温和控温方面的应用是很有希望的. 本文介绍采用锗酸铋单晶作基底材料的接触式表面波温度传感器.T.M.Reedet 等人曾报道过用锗酸铋试制表面波温度传感器[1],但未给出实测的曲线.本项工作是验证器件实用的可能性,测试了频温特性曲线,并同采用铌酸锂(Li Nb O3)单晶的同类器件作比较.1.工作原理 表面波温度…     

绝缘体上铌酸锂薄膜片上光子学器件的研究进展

铌酸锂晶体具有卓越的电光和非线性光学性质,一直以来都被认为是最有前景的集成光子学基质材料之一.也正是由于铌酸锂晶体多方面优良的光学性能,近年来新兴的铌酸锂薄膜技术在集成光子学的研究中受到了极大的关注.借助于先进的微纳加工技术,许多高性能的铌酸锂集成光子学器件已经得以实现.本文总结了几种微纳加工技术在基于铌酸锂薄膜的片上光子学器件制备中的应用,介绍了铌酸锂薄膜片上光子学器件的最新进展,并展望了其在集成光子学研究中的潜在应用.     

铌酸锂铁电畴工程及其应用

铌酸锂晶体是目前最重要的人工晶体之一,被誉为“光学硅”.铌酸锂晶体薄膜是最有应用前景的集成光电子学基质材料之一.在过去几十年的研究中,铌酸锂晶体在材料生长、基础研究和器件应用方面取得了巨大进展.利用铌酸锂晶体畴工程制备的周期极化铌酸锂、波导以及导电畴壁在光频率转换、光开关、光调制以及纳米电子器件等领域有重要应用.本文介绍了铌酸锂微米尺寸和纳米尺寸畴结构的制备方法及7个表征方式,并从3个方面介绍了铌酸锂畴工程的应用及其研究进展.     

新型压电晶体四硼酸锂和SAW器件

 这里介绍的压电晶体四硼酸锂（Li₂B₄O₇,缩写为LBO）,是80年代发现的新型压电材料.由中科院上海硅酸盐所范世（马岂）研究员领导的研究组,屏弃国际上一直沿用的提拉法,独创了硼酸盐单晶坩埚下降法生长技术,成功地生长出大尺寸LBO单晶（φ78×100mm）.1989年8月,被第九届国际晶体生长会议公认为国际领先水平.1990年7月,通过中科院组织的专家鉴定.     

伸缩-剪切模式自偏置铌酸锂基复合材料的磁电性能和高频谐振响应

选用多种切型铌酸锂(LiNbO_3)单晶,研究了铁基非晶合金(Metglas)/LiNbO_3叠层复合材料基于伸缩-剪切模式的磁电耦合性能,揭示了铌酸锂单晶压电系数与复合材料剪切磁电耦合系数的对应关系,在使用铌酸锂xzt/30~?切型时得到了最优化剪切磁电系数.通过SrFe12O19薄磁带提供偏置磁场,Metglas/LiNbO_3磁电复合材料可在没有外加直流磁场时实现剪切磁电响应,并在0.991 MHz和3.51 MHz频率时分别测出了谐振磁电系数,有望将铌酸锂基剪切磁电复合材料用于高频磁场探测.     

厚度剪切模式铌酸锂基复合材料的磁电性能优化

通过弹性力学方法计算了基于厚度剪切模式的铌酸锂(LiNbO_3)基磁电复合材料磁电系数与铌酸锂晶体切型、磁致伸缩材料种类、材料尺寸的关系,并讨论了两种不同复合结构边界条件对剪切磁电性能的影响.计算结果表明:(xzt)30°切型铌酸锂单晶具有最大剪切压电系数dp15,制作成的复合材料具有最大剪切磁电系数αE15;通过两相尺寸优化,伸缩-剪切模式Terfenol-D/LiNbO_3复合材料最大剪切磁电系数为24.13 V/(cm·Oe),剪切-剪切模式Metglas/LiNbO_3复合材料最大剪切磁电系数为11.46V/(cm·Oe).实验结果与理论计算规律相符,研究结果为剪切磁电复合结构的设计、剪切模式铌酸锂切型的选择优化提供了指导,有望利用高机械品质因数Q_m值的铌酸锂单晶设计高频谐振磁场探测器.     

钆镓石榴石单晶缺陷的X射线形貌观测

一、引 言 作为电子计算机的逻辑运算和记忆元件的磁泡器件是在非磁性石榴石材料上外延生长一层磁性石榴石膜而制成.在这样的磁性膜上,可通过适当的手段使磁泡畴很容易产生、传递和消失.钆镓石榴石晶体(以下简称GGG)已成为这种磁泡器件的重要的基底材料.外延生长磁膜时.基底晶体的不完整性会影响外延膜的质量.特别是磁泡在膜内的快速运动,更要求外延膜有极高的完整性.如果单晶衬底中存在缺陷.特别是当暴露在表面上的缺陷延伸到外延膜中时,那么磁泡的运动将受到更严重的阻碍.因而提高GGG晶体的完整性就有着特别重要的意义.GGG单晶中的主…     

铌酸锂集成光子器件的发展与机遇

铌酸锂,作为应用最广泛的非线性光学晶体之一,近十年来由于薄膜铌酸锂晶圆的出现而再次获得了学术界与产业界的关注.基于薄膜铌酸锂的集成光电子器件的优越性能已在诸多应用中得到演示,例如光信息处理、激光雷达、光学频率梳、微波光子学和量子光学等. 2020年,薄膜铌酸锂器件通过光刻技术在6 in(1 in=2.54 cm)晶圆上的成功制备,推动了铌酸锂加工从实验室逐步走向工业化.薄膜铌酸锂光子器件的研究主要聚焦于利用电光、声光和二阶/三阶非线性效应进行光调制或频率转换;最近三年,掺杂稀土离子还成功赋予铌酸锂增益特性,实现了片上铌酸锂放大器和激光器.本文将简略回顾薄膜铌酸锂的发展过程,着眼于集成光子器件,介绍国内外研究组取得的进展、意义以及面临的挑战.     

光纤—光波导耦合膜层的研究

本文研究了铌酸锂单晶片与石英系光纤之间的耦合问题,以使集成光学器件逐步实用化。石英光纤的折射率在1.45左右,铌酸锂单晶折射率在2.2左右,为改善其间的耦合,我们采用电子迴旋共振微波等离子体化学气相沉积方法,在铌酸锂基片上制备出折射率n为1.78的氮氧化硅膜,并控制其厚度为λ_g/4(λ_g=1.52μm),已使反射率下降73%,可望进一步改善。     

飞秒激光加工铌酸锂晶体：原理与应用

由于具有超短的脉冲宽度和极高的峰值强度,飞秒激光微加工是一种有效的材料加工方法, 已广泛应用于光子集成器件的加工。铌酸锂晶体具有优异的电光、非线性光学和压电特性,是集成 光学和导波光学中常见的材料。本文综述了飞秒激光对铌酸锂晶体的处理,重点介绍了飞秒激光加 工的物理原理及其制备的铌酸锂基光子器件的最新进展。飞秒激光技术使铌酸锂晶体在微纳光子学 领域具有广阔的应用前景。     

三硼酸锂(LBO)单晶的位错研究

本文叙述新型无机非线性单晶三硼酸锂(LBO)中位错的X射线衍射形貌观测和鉴定结果,探讨了位错形成的结构影响因素。 关键词：     

飞秒激光加工铌酸锂晶体：原理与应用（英文）

由于具有超短的脉冲宽度和极高的峰值强度,飞秒激光微加工是一种有效的材料加工方法,已广泛应用于光子集成器件的加工。铌酸锂晶体具有优异的电光、非线性光学和压电特性,是集成光学和导波光学中常见的材料。本文综述了飞秒激光对铌酸锂晶体的处理,重点介绍了飞秒激光加工的物理原理及其制备的铌酸锂基光子器件的最新进展。飞秒激光技术使铌酸锂晶体在微纳光子学领域具有广阔的应用前景。     

准位相匹配铌酸锂波导倍频特性分析与优化设计

用标量有限元方法计算了周期性极化的铌酸锂光波导中模折射率和模场分布,并在计算中引入铌酸锂晶体折射率与温度变化的关系,分析了准位相匹配铌酸锂波导倍频效率与极化反转光栅周期、基频光波长、波导器件温度等关系.理论分析与实验结果符合得很好.在此基础上,分析了波导制作参数与倍频效率、光栅周期与晶体温度,以及温度带宽与光栅通光方向长度等关系,进而对铌酸锂波导倍频器件进行优化设计. 关键词： 铌酸锂 光波导 准位相匹配 有限元     

钽酸锂晶体极化方法和装置

钽酸锂(LiTaO3,简称LT)晶体是本世绍60年代人工会成、80年代迅速发展起来的新型功能材料.它具有优良的压电、热电和电光性能,是制作彩电滤波器、热电探测器和电光调制器的较好的材料,在电视工业和激光、红外等科技领域获得了广泛应用.目前,国内外均具备工业生产的规模. 从单晶炉生产出的LT晶体呈多畴结构,使用之前必须对其极化,使之变成单畴结构.不极化或极化不完全的晶体实际上是不能用的涸此极化工序是LT单晶生产中的关键环节之一. 钽酸锂晶体极化方法和装置为有关的生产和科研单位提供了一套省时、省电、省力、省资金的晶体极化先进…     

铌酸锂薄膜上的非线性频率变换

铌酸锂晶体是一种综合性质优异的多功能光学材料。在过去几十年里,对铌酸锂晶体的研究一直是光学研究的热点之一。近年来发展起来的绝缘体上铌酸锂(LNOI),亦称为铌酸锂薄膜(LNTF),在光学领域被公认为是一项变革性技术。基于LNOI的集成光子器件让铌酸锂晶体又焕发了新生命,再次成为集成光子学的研究焦点。作为最优秀的非线性晶体之一,铌酸锂薄膜在频率转换方面是其他薄膜材料无法替代的。总结了基于铌酸锂薄膜的非线性频率转换最新研究进展,包括二阶非线性、三阶非线性、级联非线性和光学频率梳等,最后对LNOI平台上光子集成回路(PIC)的前景进行了展望。     

多通道辐射高温计与VISAR的联合诊断技术

 利用二级轻气炮加载手段,开展了多通道辐射高温计结合可测量任意反射表面速度干涉仪（VISAR）的联合诊断技术研究。通过测量钽酸锂单晶的冲击相变,以确定联合诊断技术的可行性。结果显示,在同一发实验中,成功地获得了样品的界面速度剖面和光谱辐亮度历史,由此得到了钽酸锂单晶冲击相变的实验证据,表明该联合诊断技术是可行有效的。该技术对今后开展其它材料的高压物性研究具有一定的参考价值。     

铌酸锂大单晶的生长及其性能

用直拉法沿[0001]方向和(1014)晶面法线方向从熔体中提拉生长成功直径100毫米,高50毫米的铌酸锂单晶,测试表明,大单晶的压弹介性能与通常的铌酸锂一样,并具有较好的均匀性。 关键词：     

表界面调控米级二维单晶原子制造

随着芯片尺寸不断缩小,短沟道效应、热效应日趋显著.开发全新的量子材料体系以实现高性能芯片器件应用已成为当前科技发展的迫切需求.二维材料作为一类重要的量子材料,其天然具备原子层厚度和平面结构,能够有效克服短沟道效应并兼容当代微纳加工工艺,非常有望应用于新一代高性能器件方向.与硅基芯片发展类似,二维材料芯片级器件应用必须基于高质量、大尺寸的二维单晶材料制造.然而,由于二维材料的表界面特性,现有体单晶制备技术不能完全适用于单原子层结构的二维单晶制造.因此,亟需发展新的制备策略以实现大尺寸、高质量的二维单晶原子制造.有鉴于此,本文重点综述表界面调控二维单晶大尺寸制备技术发展现状,总结梳理了米级二维单晶原子制造过程中的3个关键调控方向,即单畴生长调控、单晶衬底制备和多畴取向控制.最后,系统展望了大尺寸二维单晶在未来规模化芯片器件方向的潜在应用前景.