LiNbO3晶体因其优异的电光特性而被广泛用于光波导和光通信技术。它是许多集成光电设备的理想衬底材料。由于LiNbO3的大电光系数,半波电压很低。LiNbO3晶体的电光效应通常用于调制光信号。电光调制分为纵向调制和横向调制,LiNbO3主要用于横向调制。它已广泛用于中低功率固态激光器。

参数

物理和光学特性

化学式LiNbO3
晶体结构三方晶系
空间群R3C
密度4.64 g/cm3
莫氏硬度5
光学均匀性~ 5 x 10-5 / cm
透明范围420 – 5200 nm
吸收系数~ 0.1 % / cm @ 1064 nm
1064 nm的折射率n= 2.146, n= 2.220 @ 1300 nm
n= 2.156, no = 2.232 @ 1064 nm
ne = 2.203, no = 2.286 @ 632.8 nm
Sellmeier方程(λ,μm)no2 = 4.9048 + 0.11768 / (λ2 – 0.04750) – 0.027169λ2
ne2 = 4.5820 + 0.099169 / (λ– 0.04443) – 0.021950λ2
热膨胀系数@ 25°C//a, 2.0 x 10-6 / K
//c, 2.2 x 10-6 / K
导热系数~ 5 W/m/K @ 25 °C
热光学系数dno/d= -0.874 x 10-6 / K at 1.4 µm
dne/dT = 39.073 x 10-6 / K at 1.4 µm

LiNbO3调Q开关通用技术条件

折射延迟Γ=лLnr22V/λd
电光系数R33=32pm/V
R31=10pm/V
R22=6.8 pm/V
光圈4x4mm ~ 9x9mm
长度15~25mm
尺寸公差+/-0.1mm
倒角<0.5mm x 45°
定位精度<5 arc min
平行性<10 arc sec
平整度l/8 at 632.8 nm
波前失真<l/4 at 632.8 nm
消光比>400:1 @ 633nm, dia 6mm beam

LiNbO3光波导规范

工作波长范围1.525-1.605μm
消光比20dB
半波电压6V
直流偏置电压8V
输入特性阻抗50Ω
光反射≤-50dB
最大输入功率20dBm
最大输入光功率10-100mW
贮存温度-40-85℃
工作温度-40-70℃

压电特性

弹性刚度系数c11c12c13c14c33c44
cij/(1010N/m2)20.35.37.50.924.56
弹性柔量系数S11S12S13S14S33S44
sij/(10-12m2/N)5.78-1.01-1.47-1.025.0217
压电应变常数d11d15d22d31d33
dij/(10-11C/N)87.42.04-0.0861.62
介电常数εT110εT110



7832



机电耦合系数 kij(%)k15k31



6850




非线性光学性质

NLO系数d33 = 34.4 pm/V
d31 = d15 = 5.95 pm/V
d22 = 3.07 pm/V
效率NLO系数deff =5.7 pm/V or ~14.6 x d36 (KDP) for frequency doubling 1300 nm;
deff =5.3 pm/V or ~13.6 x d36 (KDP) for OPO pumped at 1064 nm;
deff =17.6 pm/V or ~45 x d36 (KDP) for quasi-phase-matched structure.
电光系数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,
半波电压,直流3.03 KV
电场|| z,光^ z:
电场|| x或y,光|| z:4.02 KV


损伤阈值100 MW/cm2 (10 ns, 1064nm)

激光级LiNbO3晶体的标准规格

透射波前畸变优于 l/4 @ 633nm
尺寸公差(W±0.1mm) x (H±0.1mm) x (L±0.2mm)
通光孔径中心直径超过90%
平整度l/8 @ 633nm
表面质量20 /10 刮痕/凹陷
平行性优于20弧秒
垂直性5 arc min
角度公差D< 0.5o, Df < 0.5o
增透涂层在两个表面上都在1064/532 nm处形成双波段增透膜,每个表面的R <0.2%在1064 nm处,R <0.5%在0.532 nm处

特点

应用

光通讯

全息摄影

医疗应用