钽酸锂晶体及其应用分析

钽酸锂作为一种优良的多功能晶体材料,具有良好的压电、电光和热释电等性能,已被广泛应用于通信、电子等行业。该文介绍了钽酸锂晶体的结构、缺陷及性能调控方式,总结了钽酸锂晶体的制备方法及优缺点,分析了钽酸锂晶体在各应用领域的国内外研究进展,并对钽酸锂晶体的发展进行了展望,以期对钽酸锂晶体的应用及研究提供帮助。     

准速度匹配相位调制器钽酸锂晶体的室温电场极化技术

利用准速度匹配技术可以实现大调制度的电光相位调制器,从而可以用来展宽激光频谱,它在光谱学、激光变频以及改善激光均匀性等方面有重要应用。当大功率激光通过调制器时,要求晶体的通光面积越大越好,所以大面积并且具有较大厚度的铁电晶体的室温极化技术成为准速度匹配实现的关键技术。详细研究了大面积并且厚度达到1 mm的钽酸锂晶体的电场室温极化过程,针对在极化过程中外部施加高电压时产生的回流现象,采用了改变极化时间来抑制,取得了较好的效果。利用热释电和化学腐蚀方法,成功地实现了钽酸锂晶体的大面积畴反转。该种技术同样可以用于其他大面积铁电晶体的极化。     

1064nm低电压薄膜铌酸锂电光调制器

低半波电压电光调制器是实现大规模光电集成的关键。文章提出了一种半波电压低于1.5 V的薄膜铌酸锂马赫-曾德尔(Mach-Zehnder, MZ)电光调制器，选用绝缘体上单晶薄膜铌酸锂材料作为设计基础，分析了直波导、多模干涉耦合器、弯曲波导和调制臂等结构对电光调制器的影响。结果表明，当调制臂长为3 mm时，该薄膜铌酸锂电光调制器具有1.05 V的低半波电压、0.319 dB的低损耗和27 dB的高消光比。同时，该调制器半波电压长度积为0.315 V·cm,调制效率高，具有与CMOS技术兼容的半波电压，有利于大规模光电集成。     

退火对铌酸锂晶体电光性能的影响

铌酸锂晶体加工过程中产生的内应力使其变为双轴晶,并引起电光感应轴的偏离。本文分析了感应轴偏离对组合调制器性能的影响.应用退火工艺可以消除铌酸锂晶体感应轴的偏离,提高了组合调制器的电光性能。     

集成铌酸锂光子器件技术的研究进展

铌酸锂单晶薄膜(LNOI)具有透光光谱宽,折射率高,二阶非线性高及压电响应大等优点,是一种重要的集成光子学基础材料。LNOI材料具有亚波长尺度的光约束和光电器件的高密度集成能力,能够实现具有更高性能、更低成本的全新器件及应用,给光通信和微波光子学带来革命性的变革。该文重点综述了LNOI的制备技术、LNOI电光调制器、LNOI声光调制器和LNOI电光频率梳的最新研究进展,简要讨论了铌酸锂光子器件在制作工艺和系统实现中面临的挑战。     

参量振荡器化学计量比钽酸锂室温极化技术

采用助熔剂籽晶提拉法成功生长了近化学计量比钽酸锂单晶.采用自行研制的极化设备,研究了大面积且厚度达到1.8 mm的近化学计量比钽酸锂晶体的电场室温极化过程,针对在极化过程中外部施加高电压时产生的回流现象,采用改变极化时间和相应的极化电压来抑制的方法,取得了较好的效果.利用化学腐蚀法,成功地观察了钽酸锂晶体的大面积畴反转.发现近化学计量比钽酸锂反向矫顽场较正向矫顽场低,并利用这一性质,进一步研究了近化学计量比钽酸锂的极化特性.     

铌酸锂调制器在彩色电视传输中的应用

铌酸锂是一种透明、略带淡黄色的3m点群晶体,它允许的透光范围在0.4——5μm,晶体易于培养,消光比高且能做到最佳匹配,是目前除ADP、KDP外应用最广的材料,故在光调制、倍频及光参量放大器等方面都有广泛的应用。我们利用铌酸锂晶体的线性电光效应制成调制器,并将它用在He——Ne激光的光路上进行传送彩色电视的实验。     

硅酸镓镧晶体电光调制器

用新型非线性材料硅酸镓镧(LGS)晶体制作了电光调制器,研究了单晶硅酸镓镧晶体的电光效应。利用极值法和倍频法测定了硅酸镓镧晶体的半波电压值,计算出电光系数γ11分别为1.85pm/V和1.90pm/V,对比发现倍频法比极值法实用、快速、方便。测定了在0.3～0.6328μm波长内硅酸镓镧单晶的旋光率为21.1°～2.6°/mm。利用自制的高压调制电源进行了调制实验,实验结果表明:有旋光性非线性材料硅酸镓镧晶体是一种新型电光晶体,可用作电光调制器,调制信号稳定。     

高速铌酸锂电光调制器研究进展

薄膜铌酸锂调制器因其小尺寸、高带宽、低半波电压等优点,成为近年来业内关注的热点。文章梳理了铌酸锂电光调制器的波导结构、电极结构及偏置点控制技术三个方面的相关研究进展,分析了平面掩埋、脊型、光子晶体等三种不同结构波导的调制器性能,讨论了铌酸锂调制器集总和行波两种电极结构的特点及其设计考量因素,对比了电光调制器偏置点控制中功率法和导频法的优缺点及其相关研究成果。在此基础上,进一步分析了为实现更小体积与更高带宽铌酸锂调制器所需的关键技术以及未来的研究方向。     

可望用于低成本有线电视调制器的聚合物

用电光聚合物制作新调制器可用来处理红外光功率，使有线电视的传输变成现实。这种调制器正在加州集成光子技术公司发展。虽然最新型号的调制器需要高达20V的半波开关电压，但研究人员说，通过设计和制造工艺的稍稍改进，该电压可降低一半。电光开关一般都用铌酸锂（LiNbO3）制作，这种晶体材料不适合采用标准半导体电路工艺和批量制作工艺。用适合这种工艺的聚合物代替LiNbO3，可以大大降低调制器的制作成本。但研究人员很难策划一种具有合适电光特性——即低电压下高折射率调制的聚合物。不过，AdTech系统研究公司提供的新材料（一种…     

全封装的薄膜铌酸锂电光调制器（特邀）

高速电光调制器是宽带光通信网络和微波光子系统中的关键元器件之一。相对于体材料铌酸锂而言,薄膜铌酸锂材料由于其较强的光场限制能力,在构建小尺寸、宽带、低半波电压的高性能电光调制芯片上有独特的优势。文章基于薄膜铌酸锂材料研制了一种3 dB带宽不低于50 GHz的电光调制芯片,并采用光纤与波导水平端面耦合的光学封装方案和基于1.85 mm同轴接头的射频封装方案,实现了全封装的薄膜铌酸锂电光调制器。测量结果表明,封装后器件的光学插入损耗小于等于5 dB,3 dB带宽大于等于40 GHz,射频半波电压小于等于3 V@1 GHz。     

42°Y钽酸锂晶体生长及性能研究

钽酸锂晶体具有优异的压电性能,是声表面波(SAW)滤波器广泛使用的衬底材料。该文采用自主研制的提拉单晶炉,成功生长出4英寸、42°Y方向、外观完整的钽酸锂晶体。经可见及近红外分光光度计测试,晶体透过率接近80%;经X线摇摆测试,其半高全峰宽(FWHM)为28.4″,单晶性较好;采用差热分析仪对生长的晶体头尾进行居里温度测试,居里温度偏差为4.4 ℃。声表面波性能测试结果表明,钽酸锂晶体的声表面波速度、机电耦合系数和频率温度系数等指标均满足SAW滤波器的使用要求。     

小型化宽带钽酸锂晶体滤波器

介绍比较了钽酸锂(LiTaO3,简称LT)晶体和其他几种常用压电体波材料的物理特性,并从电路结构设计、寄生和谐波抑制及温度性能等方面详细介绍了单片钽酸锂晶体滤波器的设计方法并根据该方案设计了一种11.2 MHz单片式晶体滤波器.结果表明,钽酸锂晶体能方便地实现相对带宽0.8%～4.0%、频率温度稳定性好、体积小的宽带晶体滤波器,具有广泛的应用价值.     

钽酸锂单晶片几何参数控制技术研究

钽酸锂单晶材料具有良好的压电性能,是制作声表面波器件的理想衬底材料之一。该文从化学腐蚀、磨料粒径和粘蜡工艺3方面进行研究,钽酸锂单晶片的几何参数得到有效控制,最终得到了几何参数优越的钽酸锂单晶抛光片。其中总厚度变化（TTV）≤5 μm,局部平整度（LTV）≤1.5 μm,局部平整度合格比例（PLTV）≥95%,翘曲度（Warp）≥20 μm,弯曲度（Bow）≤10 μm,达到了商用钽酸锂单晶片的技术水平。     

LiNbO3价格降低

铌酸锂是制作电光器件的一种十分重要的衬底材料，需要严密控制其杂质含量和组分，以便生产适合切片的单晶。这一领域的重要进展已由J. Matthey公司报道，目前该公司正在生产多晶铌酸锂，已证明这种材料成功地用于生产高质量单晶片,且价格便宜。     

基于铌酸锂薄膜的Y波导集成调制器设计

近年来,基于薄膜铌酸锂（TFLN）平台的高性能电光调制器以其小体积、低能量损耗等特点受到广泛关注。本文提出了一种新的具有垂直电极结构的Y波导铌酸锂薄膜电光调制器。研究了调制器的半波电压与缓冲层厚度之间的关系,优化了Y波导的设计参数,最后设计得到插入损耗<5 dB, 半波电压<1.5 V的高性能调制器。本文不仅为基于TFLN平台的小型化波导的设计和实现提供了思路,而且为制造高性能和多功能的电光调制器提供了实验依据。     

全息存储器用高性能材料和记录再生系统

日本科学技术厅无机材质研究所和先锋公司共同研制成全息存储器用高性能材料 ,并用这种材料制成小型记录再生系统。该材料是在铌酸锂单晶中掺铁和铽 (Tb)制成。铌酸锂是用无机材质研究所开发的原料并采用双坩埚提拉单晶生长法按一定比例组成。将这种材料作为记录介质 ,用可见光激光照射成功地记录了多幅全息照片。记录完成后 ,晶体无光吸收 ,所以没有由于光吸收导致的信息劣化全息存储器用高性能材料和记录再生系统@车会生     

交叉耦合效应对M-Z调制器谐波抑制比的影响

针对微波光子链路低噪声高线性度的应用需求,研究了Mach-Zehnder (M-Z)型电光调制器波导交叉耦合效应对谐波抑制比的影响。首先通过OptiBPM和MATLAB联合仿真发现波导间交叉耦合效应会导致调制器射频电极与偏置电极工作点的偏移,进而降低谐波抑制比;其次利用特制的窄波导间距铌酸锂调制器实测验证了该现象,最后提出了一种能快速检测M-Z型电光调制器交叉耦合效应的方法。文章不仅探索了波导结构对谐波抑制比的影响,还为用于微波光子技术的脊波导及光子晶体薄膜铌酸锂调制器的研制提供了一定参考。     

高性能硅和铌酸锂异质集成薄膜电光调制器 （特邀）

硅基光子集成平台因其高集成度、CMOS工艺兼容性等特点在光通信领域受到了广泛的关注,而电光调制器作为光通信系统中最为重要的器件之一,承担着将电信号加载至光信号上的关键作用,为打破硅基调制器的性能限制,可利用硅和铌酸锂的大面积键合技术以及铌酸锂低损耗波导刻蚀技术实现高性能硅和铌酸锂异质集成薄膜电光调制器,目前该类调制器的性能可达半波电压3 V,3 dB电光带宽超过70 GHz,插入损耗小于1.8 dB, 消光比大于40 dB。文中对比了硅和铌酸锂异质集成调制器的研究现状并介绍了该异质集成薄膜调制器的结构设计与工艺实现方法。     

多通道声电光调制器及其在频谱分析中的应用

使用铌酸锂（ＬＮ）晶体制作了有三个声电光互作用通道的调制器，并进行了空分型声电光频谱分析实验。它可减小声光频谱分析器由于器件自身频率特性的限制而产生的分析误差，提高分析精度达３０％。