<p><b>鈮酸鋰</b>（化學式：LiNbO<sub>3</sub>）是一種偏鈮酸鹽。其單晶是光波導，為行動電話，壓電傳感器，光學調製器和各種其它線性和非線性光學應用的重要材料。
</p>


<h2><span id=".E6.80.A7.E8.B4.A8"></span><span id="性质">性質</span></h2>
<p>鈮酸鋰是一種不溶於水的無色固體。它具有一個缺乏反演對稱性的三方晶系，並顯示出鐵電性、泡克耳斯效應、壓電效應和光彈性。鈮酸鋰具有負的單軸雙折射，這略微取決於溫度以及晶體的化學計量比。它可以透過波長為350至5200奈米之間的波。
</p><p>鈮酸鋰可通過摻雜氧化鎂在它的光學損傷閾上,來增強它對光損傷的抗性（這種損傷常稱為光反射損傷）。其他可用的摻雜物還有鐵、鋅、鉿、銅、釓、鉺、釔、錳和硼。
</p>
<h2><span id=".E7.94.9F.E9.95.BF"></span><span id="生长">生長</span></h2><p>
鈮酸鋰的單晶可以使用柴可拉斯基法製作。 </p><p>在晶體生長完之後，它會被在不同方向上切成薄片。常見的取向有Z向，X向，Y向，以及沿上述幾個軸旋轉一定角度切割。</p><h2><span id=".E7.BA.B3.E7.B1.B3.E7.B2.92.E5.AD.90"></span><span id="纳米粒子">奈米粒子</span></h2>
<p>鈮酸鋰和五氧化二鈮的奈米顆粒可在低溫下製備。完整的實驗報告表明NbCl<sub>5</sub>被LiH還原，隨後原位自發氧化成低價鈮奈米氧化物。這些鈮氧化物暴露於空氣氣氛從而產生純的Nb<sub>2</sub>O<sub>5</sub>。最後，穩定的Nb<sub>2</sub>O<sub>5</sub>在過量的LiH的受控水解中被轉化為鈮酸鋰LiNbO<sub>3</sub>奈米顆粒。 直徑約為10nm的鈮酸鋰球形奈米顆粒可以通過將孔狀二氧化矽基質浸漬於LiNO<sub>3</sub>和 NH<sub>4</sub>NbO(C<sub>2</sub>O<sub>4</sub>)<sub>2</sub>的混合水溶液中，接著在IR爐中加熱10分鐘來製備。</p>
<h2><span id=".E5.BA.94.E7.94.A8"></span><span id="应用">應用</span></h2>
<p>鈮酸鋰被廣泛使用在電信市場，比如在行動電話和<span data-orig-title="光调制器" data-lang-code="en" data-lang-name="英語" data-foreign-title="Optical modulator"><span>光調製器</span></span>中。它是製造表面聲波設備的可選材料。對於某些用途，它可以被鉭酸鋰（<span>LiTaO<span><br>3</span></span>）所取代。其他用途是在雷射<span data-orig-title="二次谐波产生" data-lang-code="en" data-lang-name="英語" data-foreign-title="Second-harmonic generation"><span>倍頻</span></span>、非線性光學、泡克耳斯盒、<span data-orig-title="光学参量振荡器" data-lang-code="en" data-lang-name="英語" data-foreign-title="Optical parametric oscillator"><span>光學參量振盪器</span></span>、Q開關雷射器以及其它聲光效應器件、千兆赫頻率光開關等。它是用於製造<span data-orig-title="光波导" data-lang-code="en" data-lang-name="英語" data-foreign-title="Optical parametric oscillator"><span>光波導</span></span>的優異材料。
</p><p>它也被用於光學的空間低通（抗混疊）濾波器的製作。
</p>
<h2><span id=".E5.91.A8.E6.9C.9F.E6.80.A7.E6.9E.81.E5.8C.96.E9.93.8C.E9.85.B8.E9.94.82.EF.BC.88PPLN.EF.BC.89"></span><span id="周期性极化铌酸锂（PPLN）">周期性極化鈮酸鋰（PPLN）</span></h2>
<p><b>周期性極化鈮酸鋰</b>（<b>PPLN</b>）是一種以磁疇為單位設計製造的鈮酸鋰晶體，主要用於實現非線性光學的准相位匹配。鐵電體疇交替指向<i>+c</i>和<i>-c</i>方向，周期通常為5至35µm。該範圍中周期較短的鐵電體被用於<span data-orig-title="二次谐波生成" data-lang-code="en" data-lang-name="英語" data-foreign-title="Second-harmonic generation"><span>二次諧波生成</span></span>，而周期較長的則被用於光參量振盪。<span data-orig-title="周期性极化" data-lang-code="en" data-lang-name="英語" data-foreign-title="Periodic poling"><span>周期性極化</span></span>可以通過使用周期性結構的電極進行電極化來實現。晶體受控加熱可以用於在介質中微調相位匹配，這是因為分散體隨溫度變化而微小變化。
</p><p>周期性極化使用鈮酸鋰的非線性張量最大值，d<sub>33</sub>= 27 pm/V。准相位匹配給出的最大效率為完整的d<sub>33</sub>的2/π（64%），約為17 pm/V。
</p><p>用於<span data-orig-title="周期性极化" data-lang-code="en" data-lang-name="英語" data-foreign-title="Periodic poling"><span>周期性極化</span></span>的其它材料是寬帶隙無機晶體狀的KTP（可以產生周期性極化KTP，即PPKTP）、鉭酸鋰，以及一些有機材料。
</p><p>周期性極化技術也可以用來形成表面的<span data-orig-title="纳米结构" data-lang-code="en" data-lang-name="英語" data-foreign-title="Nanostructure"><span>奈米結構</span></span>。</p><p>然而，由於它的低光反射破壞閾值，PPLN只在非常低的功率水平發現有限的應用。不過摻雜氧化鎂的鈮酸鋰是通過周期性極化的方法製造的。因此，周期性極化的摻雜氧化鎂的鈮酸鋰（PPMgOLN）將應用擴大到中等功率水平。
</p>
<h2><span id=".E5.A1.9E.E8.80.B3.E8.BF.88.E8.80.B6.E5.B0.94.E6.96.B9.E7.A8.8B"></span><span id="塞耳迈耶尔方程">塞耳邁耶爾方程</span></h2>
<p>關於非尋常波折射率的塞耳邁耶爾方程被用於找到晶體的摻雜周期和准位相匹配的大致溫度Jundt的結論是
</p><p><span><span><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle n_{e}^{2}=5.35583+4.629\times 10^{-7}f+{0.100473+3.862\times 10^{-8}f \over \lambda ^{2}-(0.20692-0.89\times 10^{-8}f)^{2}}+{100+2.657\times 10^{-5}f \over \lambda ^{2}-(11.34927)^{2}}-1.5334\times 10^{-2}\lambda ^{2}}">
  <semantics>
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        <mo>+</mo>
        <mn>4.629</mn>
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                <mn>10</mn>
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                  <mo>−<!-- − --></mo>
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              </msup>
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                <mi>λ<!-- λ --></mi>
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              </msup>
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              <mo>×<!-- × --></mo>
              <msup>
                <mn>10</mn>
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                  <mo>−<!-- − --></mo>
                  <mn>5</mn>
                </mrow>
              </msup>
              <mi>f</mi>
            </mrow>
            <mrow>
              <msup>
                <mi>λ<!-- λ --></mi>
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                  <mn>2</mn>
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              </msup>
              <mo>−<!-- − --></mo>
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              <mn>11.34927</mn>
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              </msup>
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          </mfrac>
        </mrow>
        <mo>−<!-- − --></mo>
        <mn>1.5334</mn>
        <mo>×<!-- × --></mo>
        <msup>
          <mn>10</mn>
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            <mo>−<!-- − --></mo>
            <mn>2</mn>
          </mrow>
        </msup>
        <msup>
          <mi>λ<!-- λ --></mi>
          <mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
            <mn>2</mn>
          </mrow>
        </msup>
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    </mrow>
    <annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle n_{e}^{2}=5.35583+4.629\times 10^{-7}f+{0.100473+3.862\times 10^{-8}f \over \lambda ^{2}-(0.20692-0.89\times 10^{-8}f)^{2}}+{100+2.657\times 10^{-5}f \over \lambda ^{2}-(11.34927)^{2}}-1.5334\times 10^{-2}\lambda ^{2}}</annotation>
  </semantics></math></span></span>
</p><p>這一公式在溫度20~250°C，波長0.4~5微米範圍內適用，對於更長的波長，有</p><p><span><span><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle n_{e}^{2}=5.39121+4.968\times 10^{-7}f+{0.100473+3.862\times 10^{-8}f \over \lambda ^{2}-(0.20692-0.89\times 10^{-8}f)^{2}}+{100+2.657\times 10^{-5}f \over \lambda ^{2}-(11.34927)^{2}}-(1.544\times 10^{-2}+9.62119\times 10^{-10}\lambda )\lambda ^{2}}">
  <semantics>
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          </mrow>
        </msup>
        <mi>f</mi>
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              <mo>×<!-- × --></mo>
              <msup>
                <mn>10</mn>
                <mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
                  <mo>−<!-- − --></mo>
                  <mn>8</mn>
                </mrow>
              </msup>
              <mi>f</mi>
            </mrow>
            <mrow>
              <msup>
                <mi>λ<!-- λ --></mi>
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              <mo>−<!-- − --></mo>
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              <msup>
                <mn>10</mn>
                <mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
                  <mo>−<!-- − --></mo>
                  <mn>8</mn>
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              </msup>
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          </mfrac>
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                <mrow class="MJX-TeXAtom-ORD">
                  <mo>−<!-- − --></mo>
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            <mrow>
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        </mrow>
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    <annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle n_{e}^{2}=5.39121+4.968\times 10^{-7}f+{0.100473+3.862\times 10^{-8}f \over \lambda ^{2}-(0.20692-0.89\times 10^{-8}f)^{2}}+{100+2.657\times 10^{-5}f \over \lambda ^{2}-(11.34927)^{2}}-(1.544\times 10^{-2}+9.62119\times 10^{-10}\lambda )\lambda ^{2}}</annotation>
  </semantics></math></span></span>
</p><p>其適用範圍是<i>T</i>=25~180°C波長λ在2.8到4.8微米之間。
</p><p>上述方程中<i>f</i>=（<i>T</i>-24.5）（<i>T</i>+570.82），λ單位是微米，<i>T</i>單位是攝氏度。
</p><p>一個更加綜合且適合各種摻雜MgO比例的LiNbO3的非尋常波折射率公式是:
</p><p><span><span><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle n^{2}=a_{1}+b_{1}f+{a_{2}+b_{2}f \over \lambda ^{2}-(a_{3}+b_{3}f)^{2}}+{a_{4}+b_{4}f \over \lambda ^{2}-a_{5}^{2}}-a_{6}\lambda ^{2}}">
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</p><p>其中：
</p>
<p>這些數據僅對符合對應化學計量比的鈮酸鋰適用。</p>
<h2><span id=".E5.8F.82.E8.A7.81"></span><span id="参见">參見</span></h2>

<h2><span id=".E5.8F.82.E8.80.83.E8.B5.84.E6.96.99"></span><span id="参考资料">參考資料</span></h2>

<h2><span id=".E6.89.A9.E5.B1.95.E9.98.85.E8.AF.BB"></span><span id="扩展阅读">擴展閱讀</span></h2>
<ul><li><cite class="citation book">Ferraro, Pietro; Grilli, Simonetta; De Natale, Paolo (編). Ferroelectric Crystals for Photonic Applications Including Nanoscale Fabrication and Characterization Techniques. Springer Series in Materials Science <b>91</b>.  <span> [<span>2014-08-18</span>]</span>. <span title="數位物件識別號">doi:10.1007/978-3-540-77965-0</span>. （原始內容存檔於2011-06-06）.</cite><span title="ctx_ver=Z39.88-2004&amp;rfr_id=info%3Asid%2Fzh.wikipedia.org%3A%E9%93%8C%E9%85%B8%E9%94%82&amp;rft.au=De+Natale%2C+Paolo&amp;rft.au=Grilli%2C+Simonetta&amp;rft.aufirst=Pietro&amp;rft.aulast=Ferraro&amp;rft.btitle=Ferroelectric+Crystals+for+Photonic+Applications+Including+Nanoscale+Fabrication+and+Characterization+Techniques&amp;rft.genre=book&amp;rft.series=Springer+Series+in+Materials+Science&amp;rft_id=http%3A%2F%2Fwww.springer.com%2Fmaterials%2Fbook%2F978-3-540-77963-6&amp;rft_id=info%3Adoi%2F10.1007%2F978-3-540-77965-0&amp;rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Abook"><span> </span></span></li></ul><h2><span id=".E5.A4.96.E9.83.A8.E9.93.BE.E6.8E.A5"></span><span id="外部链接">外部連結</span></h2>
<ul><li>Inrad data sheet on lithium niobate</li></ul><!-- 
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**鈮酸鋰**（化學式：LiNbO3）是一種偏鈮酸鹽。其單晶是光波導，為行動電話，壓電傳感器，光學調製器和各種其它線性和非線性光學應用的重要材料。

## 性質

鈮酸鋰是一種不溶於水的無色固體。它具有一個缺乏反演對稱性的三方晶系，並顯示出鐵電性、泡克耳斯效應、壓電效應和光彈性。鈮酸鋰具有負的單軸雙折射，這略微取決於溫度以及晶體的化學計量比。它可以透過波長為 350 至 5200 奈米之間的波。

鈮酸鋰可通過摻雜氧化鎂在它的光學損傷閾上，來增強它對光損傷的抗性（這種損傷常稱為光反射損傷）。其他可用的摻雜物還有鐵、鋅、鉿、銅、釓、鉺、釔、錳和硼。

## 生長

鈮酸鋰的單晶可以使用柴可拉斯基法製作。 

在晶體生長完之後，它會被在不同方向上切成薄片。常見的取向有 Z 向，X 向，Y 向，以及沿上述幾個軸旋轉一定角度切割。

## 奈米粒子

鈮酸鋰和五氧化二鈮的奈米顆粒可在低溫下製備。完整的實驗報告表明 NbCl5 被 LiH 還原，隨後原位自發氧化成低價鈮奈米氧化物。這些鈮氧化物暴露於空氣氣氛從而產生純的 Nb2O5。最後，穩定的 Nb2O5 在過量的 LiH 的受控水解中被轉化為鈮酸鋰 LiNbO3 奈米顆粒。 直徑約為 10nm 的鈮酸鋰球形奈米顆粒可以通過將孔狀二氧化矽基質浸漬於 LiNO3 和 NH4NbO(C2O4)2 的混合水溶液中，接著在 IR 爐中加熱 10 分鐘來製備。

## 應用

鈮酸鋰被廣泛使用在電信市場，比如在行動電話和光調製器中。它是製造表面聲波設備的可選材料。對於某些用途，它可以被鉭酸鋰（LiTaO 
3）所取代。其他用途是在雷射倍頻、非線性光學、泡克耳斯盒、光學參量振盪器、Q 開關雷射器以及其它聲光效應器件、千兆赫頻率光開關等。它是用於製造光波導的優異材料。

它也被用於光學的空間低通（抗混疊）濾波器的製作。

## 周期性極化鈮酸鋰（PPLN）

**周期性極化鈮酸鋰**（**PPLN**）是一種以磁疇為單位設計製造的鈮酸鋰晶體，主要用於實現非線性光學的准相位匹配。鐵電體疇交替指向 _+c_ 和_-c_ 方向，周期通常為 5 至 35µm。該範圍中周期較短的鐵電體被用於二次諧波生成，而周期較長的則被用於光參量振盪。周期性極化可以通過使用周期性結構的電極進行電極化來實現。晶體受控加熱可以用於在介質中微調相位匹配，這是因為分散體隨溫度變化而微小變化。

周期性極化使用鈮酸鋰的非線性張量最大值，d33= 27 pm/V。准相位匹配給出的最大效率為完整的 d33 的 2/π（64%），約為 17 pm/V。

用於周期性極化的其它材料是寬帶隙無機晶體狀的 KTP（可以產生周期性極化 KTP，即 PPKTP）、鉭酸鋰，以及一些有機材料。

周期性極化技術也可以用來形成表面的奈米結構。

然而，由於它的低光反射破壞閾值，PPLN 只在非常低的功率水平發現有限的應用。不過摻雜氧化鎂的鈮酸鋰是通過周期性極化的方法製造的。因此，周期性極化的摻雜氧化鎂的鈮酸鋰（PPMgOLN）將應用擴大到中等功率水平。

## 塞耳邁耶爾方程

關於非尋常波折射率的塞耳邁耶爾方程被用於找到晶體的摻雜周期和准位相匹配的大致溫度 Jundt 的結論是

$$
n_{e}^{2}=5.35583+4.629\times 10^{-7}f+{0.100473+3.862\times 10^{-8}f \over \lambda ^{2}-(0.20692-0.89\times 10^{-8}f)^{2}}+{100+2.657\times 10^{-5}f \over \lambda ^{2}-(11.34927)^{2}}-1.5334\times 10^{-2}\lambda ^{2}
$$

這一公式在溫度 20~250°C，波長 0.4~5 微米範圍內適用，對於更長的波長，有

$$
n_{e}^{2}=5.39121+4.968\times 10^{-7}f+{0.100473+3.862\times 10^{-8}f \over \lambda ^{2}-(0.20692-0.89\times 10^{-8}f)^{2}}+{100+2.657\times 10^{-5}f \over \lambda ^{2}-(11.34927)^{2}}-(1.544\times 10^{-2}+9.62119\times 10^{-10}\lambda )\lambda ^{2}
$$

其適用範圍是 _T_=25~180°C 波長 λ 在 2.8 到 4.8 微米之間。

上述方程中 _f_=（_T_-24.5）（_T_+570.82），λ 單位是微米，_T_ 單位是攝氏度。

一個更加綜合且適合各種摻雜 MgO 比例的 LiNbO3 的非尋常波折射率公式是:

 $n^{2}=a_{1}+b_{1}f+{a_{2}+b_{2}f \over \lambda ^{2}-(a_{3}+b_{3}f)^{2}}+{a_{4}+b_{4}f \over \lambda ^{2}-a_{5}^{2}}-a_{6}\lambda ^{2}$ ,

其中：

這些數據僅對符合對應化學計量比的鈮酸鋰適用。

## 參見

## 參考資料

## 擴展閱讀

* Ferraro, Pietro; Grilli, Simonetta; De Natale, Paolo (編). Ferroelectric Crystals for Photonic Applications Including Nanoscale Fabrication and Characterization Techniques. Springer Series in Materials Science **91**. [2014-08-18]. doi:10.1007/978-3-540-77965-0. （原始內容存檔於 2011-06-06）.

## 外部連結

* Inrad data sheet on lithium niobate
12031-63-9