最新铌酸锂的性质及应用资料

铌酸锂的性质及应用

一、晶体基本介绍

铌酸锂(LINbO3，LN)晶体是一种集压电、铁电、热释电、非线性、电光、光弹、光折变等性能于一体的多功能材料，具有良好的热稳定性和化学稳定性，可以利用提拉法生长出大尺寸晶体，而且易于加工，成本低，是少数经久不衰、并不断开辟应用新领域的重要功能材料。目前，已经在红外探测器、激光调制器、光通讯调制器、光学开关、光参量振荡器、集成光学元件、高频宽带滤波器、窄带滤波器、高频高温换能器、微声器件、激光倍频器、自倍频激光器、光折变器件(如高分辨的全息存储)、光波导基片和光隔离器等方面获得了广泛的实际应用，被公认为光电子时代光学硅的主要侯选材料之一。基于准相位匹配技术的周期极化铌酸锂(PeriodieallyPoledLiNbO3，PPLN)，可以最大程度地利用其有效非线性系数，广泛应用于倍频、和频/差频、光参量振荡等光学过程，在激光显示和光通信领域具有广阔的应用前景，因而成为非常流行的非线性光学材料。

二、基本化学性质

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，AB03型晶体结构的一种类型。其原子堆积为ABAB堆积，并形成畸变的氧八面体空隙，1/3被A离子占据，1/3被B离子占据，余下1/3则为空位。此类结构的主要特点是:A和B两种阳离子的离子半径相近，且比氧离子半径小得多。分子式为LiNbO3，分子量为147.8456。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=2.797，ne=2.208(λ=600 nm)，界电常数ε=44，ε=29．5，ε=84，ε=30，一次电光系数γ13=γ23=10×10m/V，γ33=32×10m/V．Γ22=-γ12=-γ61=6.8×10m/V，非线性系数d31=-6.3×10 m/V，d22=+3.6×10m/V，d33=-47×10m/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。

三、生长方法

1、双柑祸连续加料法

九十年代初，日本国立无机材料研究所采用了双坩埚连续加料技术生长化学

计量比铌酸锂晶体。将烧结好的多晶料放于同心双坩埚中，外坩埚中的熔体可以通过底部的小孔流入内坩埚中，晶体生长装置配备粉末自动供给系统，根据单位时间内生长的晶体质量向外坩埚中加入与晶体组分相同的铌酸锂粉料，避免了生长过程中由于分凝造成的熔体组分的改变，从而可生长出高质量和光学均匀性的单晶。

2、助熔剂法

以氧化钾为助熔剂从化学计量比LiNb03熔体中生长SLN晶体。助熔剂的引入，降低了SLN的熔点，当氧化钾的浓度达到6wt%时，熔体温度大约降低了100℃

3、气相输运平衡技术

气相输运平衡技术，是把薄的晶片放在富锂的气氛中进行高温热处理，使Li 离子通过扩散进入到晶格中，从而提高晶片中的锂含量。Bordui等利用这一技术获得了具有不同组分的单晶。该方法只能制备薄的晶片，很难获得大块单晶。

四、晶体掺杂

掺镁、锌、铟或四价铅均可以提高晶体的抗光折变能力。掺铁、铜可以提高晶体的光折变性能，用于制作全息存储原型器件。掺钛可以改变晶体的折射率，用于制作光波导结构和器件。所谓光折变效应是指当入射到晶体上的激光功率密度超过一定限度的时候，晶体的折射率将发生一定的变化。光折变效应开拓了铌酸锂晶体在全息存储，光放大等方面的应用，同时它在一定程度上限制了频率转换，光参量振荡等方面的应用。杂质的种类、浓度和价态以及晶体的氧化、还原等化学处理也会对光折变性能产生影响。掺MgO的妮酸铿晶体，可使其抗激光损伤阈值成百倍的提高。普通铌酸锂晶体最重要的缺点之一就是，易受光折变损伤，通常消除这一效应的方法是将LN晶体保持在升温的状态(400K或更高)。另一条防止光折变损伤的途径是MgO掺杂。