铌酸锂光子晶体电光调制器：为通信、计算、光子学研究铺路？铌酸锂导电吗
本文目录
- 铌酸锂光子晶体电光调制器：为通信、计算、光子学研究铺路
- 铌酸锂导电吗
- 铌酸锂的用途
- 为什么本实验选用铌酸锂晶体，即它有什么优点
- 应该用哪一种材料 铌酸锂还是钽酸锂
- 铌酸锂氧化变成什么物质
- 铌酸锂的化学性质
- 铌酸锂倍频温度
- 铌酸锂是玻璃吗
- 铌酸锂的生产方法
铌酸锂光子晶体电光调制器：为通信、计算、光子学研究铺路
导读
背景
与使用电力的传统电路相比，光子集成电路使用光线取代电力进行计算和信号处理，具有更快的速度、更大的带宽、更高的效率。
但是它们的尺寸还不够小，无法与在电气电路继续占主导地位的计算以及其他应用进行竞争。
创新
罗切斯特大学的电气工程师认为，他们在解决这个问题上迈出了重要一步。该校团队采用光子学研究人员普遍采用的材料，创造出迄今为止最小的电光调制器。该调制器是基于光子学的芯片的关键组件之一，控制光线如何通过电路。
下面的示意图展示了电气与计算机工程系教授林强（音译：Qiang Lin）教授实验室开发的电光调制器。
在《自然·通讯》（ NatureCommunications ）中，林教授实验室描述了采用粘合在二氧化硅层上的铌酸锂（LN）薄膜，不仅可以制造出最小的LN调制器，而且它还可以高速运行并且节能。
这篇论文的领导作者、林教授实验室的研究生李明晓（音译：Mingxiao Li）写道：“这为实现大规模的LN光子集成电路奠定了至关重要的基础，而LN光子集成电路对于数据通信、微波光子学以及量子光子学中的广泛应用具有极其重要的意义。”
技术
林教授表示，由于铌酸锂具有出色的电光和非线性光学特性，它已经“成为光子学研究和开发的主打材料系统”。“然而，目前在块状晶体或薄膜平台上制造的LN光子器件都需要较大的尺寸，并且难以按比例缩小尺寸，这样就限制了调制效率、能耗以及电路集成度。主要挑战在于打造高精度、高质量的纳米光子结构。”
该调制器项目建立在实验室之前使用铌酸锂创造光子纳米腔（光子芯片中的另一个关键组件）的基础上。林教授表示，纳米腔只有大约一微米的大小，只能在室温下使用两到三个光子来调谐波长，“我们第一次知道甚至有两到三个光子已经在室温下以这种方式被操纵过”。《光学设计》（Optica）杂志上的一篇论文对该设备进行了描述。
这款调制器可以配合纳米腔使用，创造出纳米级的光子芯片。
关键词
参考资料
【1】Mingxiao Li, Jingwei Ling, Yang He, Usman A. Javid, Shixin Xue, Qiang Lin. Lithium niobate photonic-crystal electro-optic modulator . Nature Communications , 2020; 11 (1) DOI: 10.1038/s41467-020-17950-7
【2】https://www.rochester.edu/newscenter/photonics-researchers-report-breakthrough-in-miniaturizing-light-based-chips-449382/
铌酸锂导电吗
导电。铌酸锂是一种铁电晶体，具有较高的导电性能和光电性能，可以导电。固体的导电是指固体中的电子或离子在电场作用下的远程迁移，以一种类型的电荷载体为主。
铌酸锂的用途
在微波技术中用于调Q开关、光电调制、倍频、光参量振荡；掺加一定量的铁和其他金属杂质的LN晶体，可用作全息记录介质材料。也用于相位调解器、非挥发性存储器、二次谐波发生器、相位光栅调解器、大规模集成光学系统。还广泛用于红外探测器、高频宽道带滤波器等。
为什么本实验选用铌酸锂晶体，即它有什么优点
具有“光学硅”之称的铌酸锂是一种集光折变效应、非线性效应、电光效应、声光效应、压电效应与热电效应等于一体的材料，可以制备集成光子回路中的光波导、光开关、分/合束器、压电调制器、热电调制器与电光调制器等器件，其中铌酸锂调制器是光子集成回路和现代通信的核心器件，已成为当前电光调制器市场的主流产品。铌酸锂晶体具有宽的透明窗口、低的吸收损耗、高的抗光学损伤性能，以及大的非线性光学、电光、热光和声光系数等，是集成化的量子通信和量子计算、经典光信息处理、精密测量及传感等芯片的基质材料。
应该用哪一种材料 铌酸锂还是钽酸锂
铌酸锂（LiNbO3）是一种铌、锂和氧的化合物。其单晶是光波导、移动电话、压电传感器、光学调制器和各种其它线性和非线性光学应用的重要材料。铌酸锂晶体是目前用途最广泛的新型无机材料之一，它是很好的压电换能材料，铁电材料，电光材料。铌酸锂作为电光材料在光通讯中起到光调制作用。
铌酸锂氧化变成什么物质
铌酸锂（LiNbO3）在高温、高压、氧化条件下会发生氧化反应，生成的产物是氧化铌（Nb2O5）和氧气（O2）。根据查询相关信息显示，反应：2LiNbO3+5O2→2Nb2O5+4Li2O，其中，氧化铌是一种白色固体，具有高熔点、高硬度和良好的化学稳定性，在化工、材料科学、电子技术等领域都有广泛的应用。而氧气则是一种无色、无味、无臭的气体，是地球大气中最常见的元素之一，广泛应用于医疗、化工、冶金、能源等领域。
铌酸锂的化学性质
铌酸锂晶体简称LN，属三方晶系，钛铁矿型(畸变钙钛矿型)结构。相对密度4.30，晶格常数a=0.5147 nm，c=1.3856 nm，熔点1240℃，莫氏硬度5，折射率n0=2.297，ne=2.208(λ=600 nm)，介电常数ε=44，ε=29．5，ε=84，ε=30，一次电光系数γ13=γ23=10×10pm/V，γ33=32×10pm/V．Γ22=-γ12=-γ61=6.8×10pm/V，非线性系数d31=-6.3×1p0 m/V，d22=+3.6×10pm/V，d33=-47×10pm/V。铌酸锂是一种铁电晶体，居里点1140℃，自发极化强度50×10C/cm’。经过畸化处理的铌酸锂晶体具有压电、铁电、光电、非线性光学、热电等多性能的材料，同时具有光折变效应。
铌酸锂倍频温度
1210摄氏度。铌酸锂是一种铁电晶体，测量LiNbO3晶体中的倍频光强随温度变化的曲线升高而升高，达到1210摄氏度。铌酸锂是一种无机物，化学式为LiNbO?，是一种负性晶体、铁电晶体，经过极化处理的铌酸锂晶体具有压电、铁电、光电、非线性光学、热电等多性能的材料，同时具有光折变效应。
铌酸锂是玻璃吗
不是。铌酸锂是一种无机化合物，化学式为LiNbO3，是一种晶体材料，不是玻璃。铌酸锂具有优异的光学、电学和机械性能，被广泛应用于光学、电子、通信等领域。铌酸锂晶体具有双折射性质，可以用于制造光学器件，如光学调制器、光学滤波器等。此外，铌酸锂还可以用于制造压电器件、声波滤波器等电子器件。
铌酸锂的生产方法
提拉法以碳酸锂、五氧化二铌为原料制备铌酸锂：将碳酸锂和五氧化二铌放入铂金坩埚中，沿(001)方向生长晶体。为得到优质无色透明圆柱体，必须在晶体生长的两个方向的两个端面的温度略高于居里温度时，再加一个适当大小的电场，形成晶体后将晶体冷却至室温，即制得铌酸锂晶体。
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