12031-63-9
中文名稱
鈮酸鋰
英文名稱
LITHIUM NIOBATE
CAS
12031-63-9
EINECS 編號
234-755-4
分子式
LiNbO3
MDL 編號
MFCD00011080
分子量
147.85
MOL 文件
12031-63-9.mol
更新日期
2025/01/08 09:45:56
12031-63-9 結構式
基本信息
中文別名
鈮酸鋰鈮
鈮酸鋰晶體
鈮酸鋰, 99.99%
鈮酸鋰, PURATRONIC|R, 99.9995% (METALS BASIS)
英文別名
LITHIUM METANIOBATELITHIUM NIOBATE
LITHIUM NIOBIUM OXIDE
lithiummethaniobate
lithiumniobate(v)
lithiumniobiumtrioxide
Niobate(1-),lithium-
Niobate(NbO3-1),lithium
niobate(nbo31-),lithium
niobate,lithium
niobiumlithiumoxide
Lithium niobate wafer
LITHIUM NIOBATE, 99.9% METALS BASIS
Lithium niobate, 99.99%
Lithiumniobate(99.9995%-Nb)PURATREM
lithium niobium oxide, puratronic
LITHIUM NIOBIUM OXIDE: 99.99%
Lithium niobium oxide, Puratronic(R), 99.9995% (metals basis)
Lithium niobium oxide: (Lithium niobate)
LITHIUM NIOBATE WAFER - 25mm X 1.0mm
所屬類別
無機化工產(chǎn)品: 無機鹽: 其他無機化合物物理化學性質
外觀性狀鈮酸鋰晶體簡稱LN，屬三方晶系，鈦鐵礦型(畸變鈣鈦礦型)結構。相對密度4.30，晶格常數(shù)α=0.5147 nm，c=1.3856 nm，熔點1240℃，莫氏硬度5，折射率n0=2.797，ne=2.208(λ=600 nm)，界電常數(shù)εs11=44，εs33=29．5，εT11=84，εT33=30，一次電光系數(shù)γ13=γ23=10×10-12m／V，γ33=32×10-12m／V．Γ22=-γ12=-γ61=6.8×10-12m／V，非線性系數(shù)d31=-6.3×10-12 m／V，d22=+3.6×10-12m／V，d33=-47×10-12m／V。鈮酸鋰是一種鐵電晶體，居里點1210℃，自發(fā)極化強度50×10-6C／cm2'。經(jīng)過畸化處理的鈮酸鋰晶體具有壓電、鐵電、光電、非線性光學、熱電等多性能的材料，同時具有光折變效應。U
熔點1275°C
密度4,659 g/cm3
折射率2.3055 (457 nm 160℃)
形態(tài)粉末
顏色白色
水溶解性易溶于水。
穩(wěn)定性穩(wěn)定的。與強氧化劑不相容。
CAS 數(shù)據(jù)庫12031-63-9(CAS DataBase Reference)
應用領域
用途一
在微波技術中用于調(diào)Q開關、光電調(diào)制、倍頻、光參量振蕩；摻加一定量的鐵和其他金屬雜質的LN晶體，可用作全息記錄介質材料。也用于相位調(diào)解器、相位光柵調(diào)解器、大規(guī)模集成光學系統(tǒng)。還廣泛用于紅外探測器、高頻寬道帶濾波器等。參考質量標準
國家標準GB/T-14843—93▼
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類別
直徑/mm
長度/mm
(11.0)x軸
40～110
＞60
(01.0)y軸
40～110
＞60
(08.1)z軸
40～110
＞60
(10.4)27.86°y軸
40～110
＞60
制備方法
方法一
提拉法以碳酸鋰、五氧化二鈮為原料制備鈮酸鋰：將碳酸鋰和五氧化二鈮放入鉑金坩堝中，沿(001)方向生長晶體。為得到優(yōu)質無色透明圓柱體，必須在晶體生長的兩個方向的兩個端面的溫度略高于居里溫度時，再加一個適當大小的電場，形成晶體后將晶體冷卻至室溫，即制得鈮酸鋰晶體。常見問題列表
概述
鈮酸鋰是鈮、鋰、氧的化合物，是一種自發(fā)極化大（室溫時 0.70 C/m2）的負性晶體，是目前發(fā)現(xiàn)的居里溫度最高（1210 ℃）的鐵電體。
特點
鈮酸鋰晶體有兩個特點尤為引人關注，一是鈮酸鋰晶體光電效應多，具有包括壓電效應、電光效應、非線性光學效應、光折變效應、光生伏打效應、光彈效應、聲光效應等多種光電性能；二是鈮酸鋰晶體的性能可調(diào)控性強，這是由鈮酸鋰晶體的晶格結構和豐富的缺陷結構所造成，鈮酸鋰晶體的諸多性能可以通過晶體組分、元素摻雜、價態(tài)控制等進行大幅度調(diào)控。
另外鈮酸鋰晶體的物理化學性能相當穩(wěn)定，易于加工，光透過范圍寬，具有較大的雙折射，而且容易制備高質量的光波導，所以基于鈮酸鋰晶體的光調(diào)制器在長距離通信中有著無可比擬的優(yōu)勢——不僅具有很小的啁啾(chirp)效應、高調(diào)制帶寬、良好消光比，而且穩(wěn)定性相當優(yōu)越，是高速器件中佼佼者，因此被廣泛應用于高速高帶寬的長距離通信中。
鈮酸鋰晶體
鈮酸鋰晶體是1965年由前蘇聯(lián)Fedulov和美國Ballman合成。歷經(jīng)四十多年的發(fā)展，鈮酸鋰不僅成為非常重要的非線性光學晶體，而且隨著化學計量比鈮酸鋰晶體和準相位匹配技術（QPM）的發(fā)展，仍然是目前非線性光學晶體研究領域的熱點。鈮酸鋰晶體常被簡寫作LN或LNB，熔點約1253℃，負單軸晶，三方晶系，透光波段0.4－5μm。鈮酸鋰集多種物理效應于一身，具有壓電、電光、非線性、光電、光折變、雙折射、熱釋電和激光活性等效應。
鈮酸鋰晶體制作的光波導基片、電光調(diào)Q開關、聲表面波器件、雙折射楔角片、超晶格結構等，廣泛應用在波導調(diào)制器、激光陀螺、調(diào)Q激光器、叉指濾波器、光隔離器、光環(huán)行器、光參量振蕩器等器件中，這些器件在光通訊、航空航天、軍工、電子行業(yè)及科學研究等領域占據(jù)重要的地位。
鈮酸鋰的結構及物理屬性
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晶體結構:
Trigonal, Space group R3C, Point group 3m
單元參數(shù)
a=5.148Å , c=13.863 Å
熔點
1253°C
居里溫度
1140°C
莫斯硬度
5
密度
4.64 g/cm3
光學均勻性
~5x10-5/cm
透明度范圍
420nm-5200nm
吸收系數(shù)
~0.1%/cm@1064nm
光學特性
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透明度范圍
420-5200nm
光學均勻性
~ 5 x 10-5 /cm
1064nm的折射率
ne = 2.146, no = 2.220 @ 1300 nm
ne = 2.156, no = 2.232 @ 1064 nm
ne = 2.203, no = 2.286 @ 632.8 nm
ne = 2.156, no = 2.232 @ 1064 nm
ne = 2.203, no = 2.286 @ 632.8 nm
非線性系數(shù)
d33 = 86 x d36 (KDP)
d31 =11.6 x d36 (KDP)
d22 = 5.6 x d36 (KDP)
d31 =11.6 x d36 (KDP)
d22 = 5.6 x d36 (KDP)
電光系數(shù)
gT33 = 32 pm/V, gS33 = 31 pm/V,
gT31 =10 pm/V, gS31=8.6 pm/V,
gT22 = 6.8 pm/V, gS22= 3.4 pm/V,
gT31 =10 pm/V, gS31=8.6 pm/V,
gT22 = 6.8 pm/V, gS22= 3.4 pm/V,
半波電壓,直流,
3.03 KV
4.02 KV
4.02 KV
損壞閾值
100 MW/cm2 (10 ns, 1064nm)
Sellmeier 方程式 (l in mm):
n2o=4.9048+0.11768/(λ2-0.04750)-0.027169λ2
n2e=4.5820+0.099169/(λ2-0.04443)-0.02195λ2
說明:
波前畸變: 小于λ/4 @ 633 nm
尺寸公差: (W ± 0.1 mm) x (H ± 0.1 mm) x (L ± 0.2mm)
通 光孔徑: 中心區(qū)域> 90%
平面度：小于 λ/8 @ 633nm
波前畸變: 小于λ/8 @ 633nm
角度公 差: < ± 0.5°
主要應用
（1）壓電應用鈮酸鋰晶體居里溫度高，壓電效應的溫度系數(shù)小，機電耦合系數(shù)高，介電損耗低，晶體物化性能穩(wěn)定，加工性能良好，又易于制備大尺寸高質量晶體，是一種優(yōu)良的壓電晶體材料。
與常用的壓電晶體石英相比，鈮酸鋰晶體聲速高，可以制備高頻器件，因此鈮酸鋰晶體可用于諧振器、換能器、延遲線、濾波器等，應用于移動通信、衛(wèi)星通信、數(shù)字信號處理、電視機、廣播、雷達、遙感遙測等民用領域以及電子對抗、引信、制導等軍事領域，其中應用最為廣泛的是聲表面波濾波器件(SAWF)。
（2）光學應用
除壓電效應外，鈮酸鋰晶體的光電效應非常豐富，其中電光效應、非線性光學效應性能突出，應用也最為廣泛。而且鈮酸鋰晶體可以通過質子交換或鈦擴散制備高品質的光波導，又能夠通過極化翻轉制備周期性極化晶體，所以在電光調(diào)制器、相位調(diào)制器、集成光開關、電光調(diào)Q開關、電光偏轉、高電壓傳感器、波前探測、光參量振蕩器以及鐵電超晶格等器件中得到廣泛應用。
此外，雙折射楔角片、全息光學器件、紅外熱釋電探測器以及摻鉺波導激光器等基于鈮酸鋰晶體的應用也有報道。
（3）介電超晶格
1962年Armstrong等首次提出了準相位匹配 (QPM，Quasi-Phase-Match) 的概念，利用超晶格提供的倒格矢來補償光參量過程中的位相失配。鐵電體的極化方向決定非線性極化率χ2的符號，將鐵電體內(nèi)制備出周期性極化方向相反的鐵電疇結構就能夠實現(xiàn)準位相匹配技術，包括鈮酸鋰、鉭酸鋰、磷酸鈦氧鉀等晶體都可以制備周期極化晶體，其中鈮酸鋰晶體是制備和應用該技術研究最早、實際應用最為廣泛的材料。
周期極化鈮酸鋰晶體的初期應用主要考慮應用于激光頻率變換，2014年Jin等設計了基于可重構鈮酸鋰波導光路的光學超晶格集成光子芯片，首次實現(xiàn)了芯片上糾纏光子高效產(chǎn)生和高速電光調(diào)制。
可以說，介電超晶格理論的提出和發(fā)展，將鈮酸鋰晶體及其他鐵電晶體應用推向一個新高度，在全固態(tài)激光器、光學頻率梳、激光脈沖壓縮、光束整形以及量子通信中的糾纏光源等方面具有重要的應用前景。
美國研發(fā)鈮酸鋰制造新技術
鈮酸鋰是最廣泛使用的光電材料之一，其電光特性出眾，這意味著它可以有效將電子信號轉換成光信號。鈮酸鋰調(diào)制器是現(xiàn)代通信技術的支柱，其可以將電子數(shù)據(jù)轉換為光纜末端的光信息。但是，使用鈮酸鋰卻難以小規(guī)模地制造高質量器件，迄今為止，這一難題排除了鈮酸鋰在實用集成片上的應用。日前，哈佛大學John A. Paulson工程與應用科學學院(SEAS)的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種技術，使用鈮酸鋰制造高性能光學微結構，從而打開了通往超高效集成光子電路、量子光子學及微波—光轉換等領域的大門。