鈮酸鋰（LN）晶體介紹及其應(yīng)用
發(fā)布日期：2023-08-22 瀏覽次數(shù)：4356
鈮酸鋰晶體自發(fā)極化大(室溫時(shí)0.70C/m2)，是目前發(fā)現(xiàn)的居里溫度最高(1210℃)的鐵電體。鈮酸鋰晶體有兩個(gè)特點(diǎn)尤其引人關(guān)注，一是鈮酸鋰晶體光電效應(yīng)多，具有包括壓電效應(yīng)、電光效應(yīng)、非線性光學(xué)效應(yīng)、光折變效應(yīng)、光生伏打效應(yīng)、光彈效應(yīng)、聲光效應(yīng)等多種光電性能; 二是鈮酸鋰晶體的性能可調(diào)控性強(qiáng)，這是由鈮酸鋰晶體的晶格結(jié)構(gòu)和豐富的缺陷結(jié)構(gòu)所導(dǎo)致，鈮酸鋰晶體的諸多性能可以通過晶體組分、元素?fù)诫s、價(jià)態(tài)控制等進(jìn)行大幅度調(diào)控。此外，鈮酸鋰晶體原料豐富，能夠制備高質(zhì)量的大尺寸單晶，晶體的物理化學(xué)性能穩(wěn)定，易于加工，光透過范圍寬(0.3~5μm)，具有較大的雙折射(約0.08@633nm)，而且容易制備高質(zhì)量的光波導(dǎo)，所以基于鈮酸鋰晶體的聲表面波濾波器、光調(diào)制器、相位調(diào)制器、光隔離器、電光調(diào)Q開關(guān)等光電器件在電子技術(shù)、光通信技術(shù)、激光技術(shù)等領(lǐng)域中得到了廣泛研究和實(shí)際應(yīng)用。近期，隨著第五代無線通信(5G)、微納光子學(xué)、集成光子學(xué)以及量子光學(xué)等應(yīng)用領(lǐng)域的突破性進(jìn)展，鈮酸鋰晶體再次引起了廣泛的關(guān)注，2017年哈佛大學(xué)Burrows甚至提出現(xiàn)在正在進(jìn)入“鈮酸鋰谷”時(shí)代。
鈮酸鋰晶體基本性質(zhì)
在自然界中未發(fā)現(xiàn)以天然礦物形式存在的LiNbO3，1928年Zachariasen首先報(bào)道了鈮酸鋰晶體的晶體結(jié)構(gòu)。1955年Lapitskii和Simanov利用X射線粉末衍射分析給出了鈮酸鋰晶體六方晶系和三方晶系的晶格參數(shù)。1958年Ｒeisman和Holtzberg通過熱分析、X射線衍射分析和密度測(cè)量給出了Li2O-Nb2O5的贗二元系相圖，隨后Lerner等通過對(duì)晶格常數(shù)的精確測(cè)量和熱分析，提出存在LiNbO3固溶區(qū)域，并給出了Li2O-Nb2O5的贗二元系在LiNbO3相附近的詳細(xì)相圖，此后Scott和Burns、Svaasand、Holman等又陸續(xù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了完善。
圖1和圖2分別為L(zhǎng)i2O-Nb2O5的贗二元系相圖和LiNbO3的單相區(qū)，從相圖中看Li2O-Nb2O5可以形成Li3NbO4、LiNbO3、LiNb3O8和Li2Nb28O71四種化合物，由于晶體制備和材料性能的原因，只有LiNbO3相得到了廣泛的研究和應(yīng)用。按照化學(xué)命名一般規(guī)則，鈮酸鋰或正鈮酸鋰應(yīng)為L(zhǎng)i3NbO4相，而LiNbO3應(yīng)稱為偏鈮酸鋰(Lithium Mateniobate)，早期也確實(shí)被稱為偏鈮酸鋰晶體，但是由于其它三種固相晶體并未得到廣泛研究，現(xiàn)在LiNbO3幾乎不再被稱為偏鈮酸鋰，而被廣泛稱為鈮酸鋰。
鈮酸鋰晶體的固液同成分共熔點(diǎn)與鈮酸鋰的化學(xué)計(jì)量配比并不一致，只有采用固液同成分共熔點(diǎn)的原料，才可以方便地利用熔體結(jié)晶方法生長(zhǎng)出頭尾組分一致的高質(zhì)量單晶，因此固液同成分共熔點(diǎn)配比晶體得到了廣泛應(yīng)用，通常簡(jiǎn)稱為“同成分鈮酸鋰晶體”，而且通常未加說明的鈮酸鋰晶體均指同成分鈮酸鋰晶體，其鋰含量［Li］/［Li+Nb］約為48.6%。同成分鈮酸鋰晶體中缺少大量的鋰離子，由此產(chǎn)生的大量晶格缺陷帶來了兩個(gè)重要影響，一是影響了鈮酸鋰晶體的性能，二是晶格缺陷為鈮酸鋰晶體的摻雜工程提供了重要基礎(chǔ)，可以通過對(duì)晶體組分調(diào)控、摻雜以及摻雜元素的價(jià)態(tài)控制等對(duì)晶體的性能進(jìn)行有效調(diào)控，這也是鈮酸鋰晶體引人關(guān)注的重要原因之一。與“同成分鈮酸鋰晶體”相對(duì)應(yīng)的是“近化學(xué)計(jì)量比鈮酸鋰晶體”，其晶體組分與LiNbO3化學(xué)配比接近，［Li］/［Nb］約為1，晶體的許多光電性能比同成分鈮酸鋰晶體更加突出，而且基于近化學(xué)計(jì)量比鈮酸鋰晶體的摻雜，對(duì)許多光電性能的調(diào)控效果更加靈敏，因此得到了廣泛的研究。但是該晶體并非固液同成分共熔，難以通過常規(guī)熔體提拉法制備高質(zhì)量晶體，制備達(dá)到實(shí)用化的高質(zhì)量和高性價(jià)比的晶體比較困難。
鈮酸鋰晶體的制備
1918年Czochralski報(bào)道了一種從熔體中制備金屬單晶的方法，后被稱為提拉法、直拉法、Cz法或丘克拉斯基法等，提拉法已經(jīng)發(fā)展成為最為成功的單晶生長(zhǎng)方法，鈮酸鋰晶體主要也采用提拉法生長(zhǎng)。
1964年貝爾實(shí)驗(yàn)室的Ballman采用感應(yīng)加熱提拉法制備了1英寸鈮酸鋰晶體，晶體尺寸達(dá)到實(shí)用化水平；1966年Nassau等詳細(xì)討論了提拉法和溫梯法生長(zhǎng)鈮酸鋰晶體技術(shù)以及晶體缺陷情況；1970年Byer等利用感應(yīng)加熱提拉法生長(zhǎng)了直徑15mm、長(zhǎng)70mm的高光學(xué)質(zhì)量的鈮酸鋰晶體，晶體在40mm長(zhǎng)度內(nèi)雙折射Δn的變化小于10-5；1970年，Carruthers等曾提到用電阻加熱和感應(yīng)加熱兩種方式生長(zhǎng)了不同組分的鈮酸鋰晶體;1987年Shigematsu等同樣用感應(yīng)加熱提拉法生長(zhǎng)了無亞晶界的<1024>方向鈮酸鋰晶體，晶體直徑約83mm、等徑長(zhǎng)約120mm。此后，鈮酸鋰晶體進(jìn)入商業(yè)化生產(chǎn)階段，生長(zhǎng)的進(jìn)展鮮有報(bào)道。
1971年我國(guó)報(bào)道采用感應(yīng)加熱提拉法生長(zhǎng)了直徑20mm、長(zhǎng)50mm多個(gè)方向的鈮酸鋰晶體;1972年我國(guó)報(bào)道建立了采用硅碳棒電阻加熱提拉法生長(zhǎng)鈮酸鋰晶體的技術(shù)，晶體直徑20~25mm，長(zhǎng)度35~40mm，后期我國(guó)鈮酸鋰晶體規(guī)?；a(chǎn)大多采用電阻加熱，而國(guó)外報(bào)道均采用感應(yīng)加熱技術(shù)。在大尺寸晶體制備方面，1974年我國(guó)報(bào)道采用電阻加熱生長(zhǎng)直徑20 mm、長(zhǎng)250mm的Z軸鈮酸鋰晶體;
1984年劉金龍等報(bào)道采用電阻加熱提拉法生長(zhǎng)了4英寸<1024>方向和Z軸方向鈮酸鋰晶體;1988年孔寶國(guó)報(bào)道生長(zhǎng)了重量5~10kg的<1024>方向鈮酸鋰晶體，晶體直徑從約6英寸(150mm)到接近8英寸(190mm)。2002年徐斌等利用感應(yīng)加熱提拉法生長(zhǎng)了直徑80mm、長(zhǎng)60mm的光學(xué)應(yīng)用鈮酸鋰晶體;2003年孫軍等提出鈮酸鋰晶體生長(zhǎng)過程中因等徑控制不良導(dǎo)致的晶體直徑突變是制約晶體光學(xué)均勻性的主要原因，采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制取代傳統(tǒng)PID回路控制器控制，所制備的3英寸鈮酸鋰晶體沿生長(zhǎng)方向50mm長(zhǎng)度內(nèi)的光學(xué)均勻性Δne<3×10-5/cm。
此外，泡生法、導(dǎo)模法、溫梯法等方法也曾用來進(jìn)行鈮酸鋰晶體的制備，但是與提拉法相比并沒有明顯的優(yōu)勢(shì)或具有明確的應(yīng)用需求，因此并未得到廣泛的關(guān)注。
鈮酸鋰晶體的主要應(yīng)用
壓電應(yīng)用
鈮酸鋰晶體居里溫度高，壓電效應(yīng)的溫度系數(shù)小，機(jī)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(zhì)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(yīng)用于移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信、數(shù)字信號(hào)處理、電視機(jī)、廣播、雷達(dá)、遙感遙測(cè)等民用領(lǐng)域以及電子對(duì)抗、引信、制導(dǎo)等軍事領(lǐng)域。
應(yīng)用最為廣泛的是聲表面波濾波器件(SAWF)。上世紀(jì)七十年代開始，鈮酸鋰晶體中頻聲表面波濾波器件被大量應(yīng)用于彩色電視機(jī)、無繩電話、電子遙控器等，2010年隨著硅調(diào)諧器集成芯片的應(yīng)用，電視機(jī)中的中頻聲表面波濾波器基本退出市場(chǎng)。在移動(dòng)通信應(yīng)用方面，從上個(gè)世紀(jì)八十年代開始，移動(dòng)通信從2G、3G、4G向5G不斷更新?lián)Q代，而移動(dòng)終端又必須向下兼容，使得對(duì)聲表面波濾波器的需求量劇增，以每個(gè)頻段需要兩個(gè)濾波器計(jì)，每部手機(jī)需要的聲表面波濾波器會(huì)高達(dá)一百多個(gè)，其中大部分采用鈮酸鋰和鉭酸鋰晶體制備，特別是鈮酸鋰晶體在帶有溫度補(bǔ)償?shù)穆暠砻娌V波器(TCSAW)方面得到了廣泛應(yīng)用。
對(duì)于壓電應(yīng)用，鈮酸鋰晶體的組分對(duì)聲速影響較大，需要嚴(yán)格控制其波動(dòng)范圍，因?yàn)榫永餃囟葘?duì)晶體組分非常敏感，因此多采用居里溫度表征晶體組分的一致性;另外，晶體的單疇化也會(huì)直接影響晶體壓電性能。因此，壓電器件應(yīng)用的鈮酸鋰晶體技術(shù)指標(biāo)要求主要包括居里溫度、單疇化和內(nèi)部散射顆粒等，晶體中傳播波長(zhǎng)較長(zhǎng)的機(jī)械波，對(duì)尺度遠(yuǎn)比波長(zhǎng)小的晶格缺陷等不敏感，通常把滿足壓電應(yīng)用的鈮酸鋰晶體稱為“聲學(xué)級(jí)鈮酸鋰晶體”。聲學(xué)級(jí)鈮酸鋰晶體的切割方向與具體應(yīng)用相關(guān)，Y軸向切割鈮酸鋰晶體具有高的機(jī)電耦合系數(shù)，但是受體波激發(fā)過大導(dǎo)致其應(yīng)用較少，而<1024>方向切割晶體體波激發(fā)少，應(yīng)用更為廣泛，TCSAW采用的也是該方向晶體;<1024>方向?yàn)閅軸繞X軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)127.86°，通常被稱為128°Y鈮酸鋰晶體。此外，64°Y和41°Y方向切割鈮酸鋰晶體更適合制備高頻產(chǎn)品，也得到了較為廣泛的應(yīng)用。目前，壓電應(yīng)用的鈮酸鋰晶體尺寸已經(jīng)達(dá)到6英寸。
光學(xué)應(yīng)用
除壓電效應(yīng)外，鈮酸鋰晶體的光電效應(yīng)非常豐富，其中電光效應(yīng)、非線性光學(xué)效應(yīng)性能突出，應(yīng)用也最為廣泛。而且鈮酸鋰晶體可以通過質(zhì)子交換或鈦擴(kuò)散制備高品質(zhì)的光波導(dǎo)，又能夠通過極化翻轉(zhuǎn)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(guān)、電光調(diào)Q開關(guān)、電光偏轉(zhuǎn)、高電壓傳感器、波前探測(cè)、光參量振蕩器以及鐵電超晶格等器件中得到廣泛應(yīng)用。此外，雙折射楔角片、全息光學(xué)器件、紅外熱釋電探測(cè)器以及摻鉺波導(dǎo)激光器等基于鈮酸鋰晶體的應(yīng)用也有報(bào)道。
與壓電應(yīng)用不同，這些涉及光學(xué)傳輸?shù)膽?yīng)用對(duì)鈮酸鋰晶體提出了不同的要求。首先，光學(xué)應(yīng)用的鈮酸鋰晶體中傳播的是光波，波長(zhǎng)從數(shù)百納米到幾微米，不僅需要晶體具有優(yōu)異的光學(xué)均勻性，還需要對(duì)尺度可以和光波波長(zhǎng)相比擬的晶體缺陷進(jìn)行嚴(yán)格控制；其次，作為光學(xué)應(yīng)用通常需要控制光波在晶體中傳播時(shí)的相位、偏振等參量，這些參量與晶體的折射率大小和折射率分布直接相關(guān)，因此還需盡可能消除晶體的內(nèi)部應(yīng)力和外部應(yīng)力，避免光彈效應(yīng)導(dǎo)致的應(yīng)力雙折射。滿足光學(xué)應(yīng)用需求的鈮酸鋰晶體通常被稱為“光學(xué)級(jí)鈮酸鋰晶體”。
光學(xué)級(jí)鈮酸鋰晶體主要采用Z軸和X軸生長(zhǎng)。Z軸是鈮酸鋰晶體的最高對(duì)稱軸，該方向生長(zhǎng)晶體時(shí)晶體的對(duì)稱性與熱場(chǎng)的對(duì)稱性一致，有利于生長(zhǎng)高質(zhì)量晶體，所以器件要求晶體切割為方塊或異形塊時(shí)，多采用Z軸生長(zhǎng)的晶體，鐵電超晶格器件也采用Z軸鈮酸鋰晶片制備。X軸鈮酸鋰晶體主要是為了制備X-cut鈮酸鋰晶圓，以便兼容由半導(dǎo)體工藝發(fā)展起來的切割、倒角、研磨、拋光、光刻等后續(xù)加工工藝，應(yīng)用于大多數(shù)電光調(diào)制器、相位調(diào)制器、雙折射楔角片、波導(dǎo)激光器等。
鈮酸鋰晶體的展望
聲學(xué)應(yīng)用
目前的第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)(5G)部署包含了3~5GHz的sub-6G頻段以及24GHz以上的毫米波頻段，通信頻率提高不僅要求晶體材料壓電性能能夠滿足，也要求晶片更薄、叉指電極間距更小，器件的制備工藝受到極大挑戰(zhàn)。因此，在4G時(shí)代及以前所廣泛應(yīng)用的鈮酸鋰晶體和鉭酸鋰晶體制備的聲表面濾波器，在5G時(shí)代面臨著聲體波器件(BAW)和薄膜腔聲諧振器件(FBAR)的競(jìng)爭(zhēng)。
鈮酸鋰晶體在更高頻率的濾波器方面研究的進(jìn)展很快，材料和器件制備技術(shù)仍然表現(xiàn)出巨大的潛力。2018年Kimura等基于128°Y鈮酸鋰晶片制備了3.5GHz縱漏聲表面波器件;在利用鈮酸鋰單晶薄膜的聲學(xué)器件方面，2019年Lu等采用鈮酸鋰單晶薄膜制備的延遲線在2GHz的插入損耗最小只有3.2dB，認(rèn)為可以應(yīng)用于5G通信的增強(qiáng)移動(dòng)寬帶(eMMB)場(chǎng)景;2018年Yang等制備了中心頻率10.8GHz的鈮酸鋰諧振器，插入損耗10.8dB;同年Yang等還報(bào)道了基于鈮酸鋰晶體薄膜的21.4GHz和29.9GHz的諧振器，進(jìn)一步展示了鈮酸鋰晶體在高頻器件方面的潛力，認(rèn)為能夠解決5G網(wǎng)絡(luò)中Ka頻段(26.5~40GHz)對(duì)微型化前端濾波器的需求。2019年，Yang等報(bào)道了基于鈮酸鋰單晶薄膜的C波段濾波器，工作在4.5GHz。
因此，隨著鈮酸鋰單晶薄膜材料以及新型聲學(xué)器件技術(shù)的發(fā)展，作為未來5G通信的核心器件之一，基于鈮酸鋰晶體的前端射頻濾波器具有重要的應(yīng)用前景。
光通信應(yīng)用
光調(diào)制器是高速光通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵器件，未來對(duì)鈮酸鋰電光調(diào)制器的要求包括更高調(diào)制速率以及小型化、集成化。目前商業(yè)應(yīng)用的鈮酸鋰電光調(diào)制器以40/100Gbps為主，更高速率的鈮酸鋰調(diào)制器已經(jīng)被開發(fā)出來，比如2017年富士通就發(fā)布了600Gbps的鈮酸鋰電光調(diào)制器，目前400Gbps及600Gbps的產(chǎn)品正在逐步進(jìn)入市場(chǎng)。
基于鈮酸鋰單晶薄膜的調(diào)制器對(duì)于器件的小型化和集成化起到了重要作用，2018年Wang等研制了納米級(jí)的鈮酸鋰調(diào)制器、環(huán)形諧振器和M-Z干涉器所組成的鈮酸鋰調(diào)制芯片，在小型化和集成化方面引人矚目。2019年，中山大學(xué)He等將鈮酸鋰M-Z干涉調(diào)制器與硅基光子學(xué)器件集成，調(diào)制速率達(dá)到了112Gbps，既能解決傳統(tǒng)鈮酸鋰塊材料器件尺寸過大、不利于集成的問題，又能兼容成熟的硅基光子學(xué)工藝，與其它集成光子學(xué)器件實(shí)現(xiàn)片上集成。
光通信技術(shù)是第五代移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重要一環(huán)，鈮酸鋰電光調(diào)制器作為其中的核心器件，也會(huì)迎來更大的發(fā)展。
光子集成芯片
光子已經(jīng)在高容量通信、光存儲(chǔ)、信息傳遞、信息處理、探測(cè)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，與電子學(xué)從分立元件到集成電路的發(fā)展一樣，光子學(xué)器件的微小型化、集成化、低功耗、模塊化、智能化和高可靠性等要求越來越高，必然要用集成光子學(xué)芯片替代分立光學(xué)元件。前期集成光子學(xué)芯片的發(fā)展主要是光通信需求的牽引，圍繞硅基光子學(xué)和磷化銦基集成開展研究。硅基光子學(xué)集成芯片得益于龐大的成熟半導(dǎo)體材料和工藝技術(shù)體系發(fā)展很快，但硅基激光器制備技術(shù)一直是其中的短板，目前依賴與磷化銦混合集成; 部分磷化銦集成光子芯片已經(jīng)獲得商業(yè)化應(yīng)用，性能也比硅基光子學(xué)集成芯片更加優(yōu)秀，但缺乏像硅一樣的通用工藝平臺(tái)，工藝技術(shù)復(fù)雜，價(jià)格昂貴。由光通信需求牽引的鈮酸鋰基集成光子學(xué)研究，主要圍繞馬赫-曾德干涉光強(qiáng)調(diào)制器、相位調(diào)制器以及集成光開關(guān)等方面開展。
除光通信領(lǐng)域?qū)晒庾訉W(xué)的需求外，基于光子學(xué)的光量子信息處理、光計(jì)算、生物傳感、成像探測(cè)、信號(hào)處理、存儲(chǔ)、三維顯示等未來需求更加龐大，與硅或磷化銦等混合集成的方案難以適用。從單項(xiàng)技術(shù)發(fā)展來看，幾乎所有的光子學(xué)元件都已經(jīng)基于鈮酸鋰晶體實(shí)現(xiàn)，包括通過稀土摻雜實(shí)現(xiàn)的鎖模激光器、調(diào)Q激光和光放大等，鈦擴(kuò)散和質(zhì)子交換實(shí)現(xiàn)的光波導(dǎo)以及集成光開關(guān)、光交叉、光耦合以及單光子探測(cè)等，利用電光效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的強(qiáng)度、相位和偏振的調(diào)制、波前探測(cè)和光脈沖選擇等，利用非線性光學(xué)效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的光頻率變換、量子糾纏態(tài)光子產(chǎn)生，利用光折變效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的光柵、全息存儲(chǔ)、相位共軛器、空間光調(diào)制器等，以及鈮酸鋰光子晶體、鈮酸鋰光學(xué)微腔發(fā)展起來的全光邏輯門、半加器、頻率梳等新型器件，還可以通過壓電效應(yīng)、熱釋電效應(yīng)、光彈效應(yīng)等實(shí)現(xiàn)對(duì)力、熱、光等信號(hào)之間的相互轉(zhuǎn)換與傳感。在目前發(fā)展較為成熟的光電材料體系中，基于同一個(gè)基質(zhì)材料發(fā)展如此多的基本光學(xué)元件、光子學(xué)器件和光電器件是罕見的，這也讓人們對(duì)鈮酸鋰晶體未來在集成光子學(xué)芯片發(fā)展中發(fā)揮更重要作用充滿了期待。
發(fā)展基于鈮酸鋰晶體的集成光子學(xué)芯片，要解決的首要問題是微納加工技術(shù)。鈮酸鋰晶體化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，常規(guī)的干法刻蝕或濕法刻蝕都不能用于鈮酸鋰晶體的微納結(jié)構(gòu)加工，已經(jīng)發(fā)展出了超精密金剛石機(jī)械加工、飛秒激光加工、反應(yīng)離子刻蝕、聚焦粒子束刻蝕等制造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了幾微米到數(shù)百微米尺度微結(jié)構(gòu)的加工。Gao等利用聚焦高能鎵離子束在鈮酸鋰薄膜表面實(shí)現(xiàn)了納米尺度加工，制備出了周期排列的納米線陣列，形成了鈮酸鋰超表面，能夠?qū)Σ煌肷涔獠ㄩL(zhǎng)選擇透過，從而賦予了鈮酸鋰晶體全新的光學(xué)性質(zhì)。
在鈮酸鋰基光子芯片集成研究進(jìn)展方面，2014年Jin等在國(guó)際上首次報(bào)道了高速電光調(diào)制鈮酸鋰晶體糾纏光子芯片，不僅解決了量子信息技術(shù)對(duì)有源光量子芯片的需求，同時(shí)也開創(chuàng)了鈮酸鋰晶體單片集成光子學(xué)芯片先河，在國(guó)內(nèi)外掀起了基于鈮酸鋰晶體的集成光子學(xué)芯片發(fā)展的熱潮。2017年Zhang等利用鈮酸鋰單晶薄膜制備了一種超低損耗的整體式集成鈮酸鋰晶體納米光子平臺(tái)，傳輸損耗低至2.7dB/m，環(huán)行微腔的品質(zhì)因數(shù)Q高達(dá)107，隨后Wang等基于該納米光子學(xué)平臺(tái)技術(shù)，制備了調(diào)制速率40Gbps的微型鈮酸鋰電光調(diào)制器，2017年Burrows評(píng)論相關(guān)研究進(jìn)展時(shí)，認(rèn)為鈮酸鋰晶體對(duì)于光子學(xué)而言，就像硅材料對(duì)于電子學(xué)一樣重要，現(xiàn)在正在進(jìn)入“鈮酸鋰谷”時(shí)代。
鈮酸鋰晶體集多種光電性能于一體且能夠達(dá)到實(shí)用化性能要求，在光電材料中非常罕見。隨著鈮酸鋰晶體集成光子學(xué)芯片理論、制備及應(yīng)用等核心技術(shù)的發(fā)展與完善，鈮酸鋰晶體成為光子時(shí)代的“光學(xué)硅”材料，為集成光子學(xué)的發(fā)展提供戰(zhàn)略性基礎(chǔ)支撐。