Lingots de LiNbO₃ dopés au magnésium, coupe Z à 45° et coupe Y à 64°, orientations pour systèmes de communication 5G/6G

Brève description :

Le lingot de LiNbO3 (Lithium Niobate Crystal Lingot) est un matériau fondamental de l'optoélectronique avancée et des technologies quantiques, réputé pour ses coefficients électro-optiques exceptionnels (γ₃₃ = 30,9 pm/V), sa large plage de transparence (400–5 200 nm) et sa température de Curie élevée (1 210 °C). Contrairement aux matériaux conventionnels à base de silicium, les lingots de LiNbO3 permettent le traitement du signal haute fréquence et la fabrication de guides d'ondes à grande ouverture, ce qui les rend indispensables pour les communications 5G/6G, la photonique quantique et la détection industrielle. Les progrès récents en matière d'intégration hétérogène (par exemple, les plaquettes composites à base de silicium) et de réduction des défauts (par exemple, le dopage au magnésium) ont encore élargi son applicabilité aux environnements extrêmes, tels que les capteurs haute température (> 400 °C) et les systèmes aérospatiaux résistants aux radiations.

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Caractéristiques

Paramètres techniques

Structure cristalline	Hexagonal
Constante de réseau	a = 5,154 Å c = 13,783 Å
Mp	1650 °C
Densité	7,45 g / cm3
Température de Curie	610 °C
Dureté	5,5 - 6 Mohs
Coefficient de dilatation thermique	aa = 1,61 x 10 -6 / k ac = 4,1 x 10 -6 / k
Résistivité	1015 Wm
permittivité	es11/e0 : 39 ~ 43 es33/e0 : 42 ~ 43 et11/e0 : 51 ~ 54 et11/e0 : 43 ~ 46
Couleur	Incolore
À travers une gamme de	0,4 ~ 5,0 µm
Indice de réfraction	non = 2,176 ne = 2,180 à 633 nm

Principales caractéristiques techniques

Le lingot LiNbO3 présente une série de propriétés supérieures :

1. Performances électro-optiques :

Coefficient non linéaire élevé : d₃₃= 34,4 pm/V, permettant une génération efficace de deuxième harmonique (SHG) et une oscillation paramétrique optique (OPO) pour les sources infrarouges accordables.

Transmission à large bande : Absorption minimale dans le spectre visible (α < 0,1 dB/cm à 1550 nm), critique pour les amplificateurs optiques en bande C et la conversion de fréquence quantique.

2. Robustesse mécanique et thermique :

Faible dilatation thermique : CTE = 14,4×10⁻⁶/K (axe a), assurant la compatibilité avec les substrats en silicium dans les circuits photoniques hybrides.

Réponse piézoélectrique élevée : g₃₃> 20 mV/m, idéal pour les filtres à ondes acoustiques de surface (SAW) dans les systèmes 5G mmWave.

3. Contrôle des défauts :

Densité des micropipes : < 0,1 cm⁻² (lingots de 8 pouces), validée par diffraction des rayons X synchrotron.

Résistance aux radiations : distorsion minimale du réseau sous des champs électriques de 100 kV/cm, validée lors de tests de qualité aérospatiale.

Applications stratégiques

Le lingot LiNbO3 stimule l'innovation dans des domaines de pointe :

1. Photonique quantique :

Sources de photons uniques : en tirant parti de la conversion descendante non linéaire, LiNbO3 permet la génération de paires de photons intriqués pour les systèmes de distribution de clés quantiques (QKD).

Mémoire quantique : l'intégration avec des fibres dopées Er³⁺ permet d'atteindre une efficacité de stockage de 30 % à 1 530 nm, essentielle pour les réseaux quantiques longue distance.

2. Systèmes optoélectroniques :

Modulateurs à grande vitesse : X-cut LiNbO3 atteint une bande passante de 40 GHz avec une perte d'insertion < 1 dB, surpassant LiTaO3 dans les émetteurs-récepteurs optiques 400G.

Doublement de la fréquence laser : le LiNbO3 dopé au Mg (seuil de 6 %) réduit les dommages photoréfractifs, permettant une conversion stable de 1064 nm → 532 nm dans les systèmes LiDAR.

3. Détection industrielle :

Capteurs de pression haute température : fonctionnent en continu à 600 °C, exploitant la résonance piézoélectrique pour la surveillance des pipelines de pétrole/gaz.

Transformateurs de courant : le co-dopage Fe/Mg améliore la sensibilité (0,1 % FS) dans les applications de réseau intelligent.

Services et solutions XKH

Nos services de lingots LiNbO3 sont conçus pour l'évolutivité et la précision :

1. Fabrication sur mesure :

Options de taille : lingots de 3 à 8 pouces avec géométries de coupe X/Y/Z et de coupe Y à 42°, tolérance angulaire de ± 0,01°.

Contrôle du dopage : co-dopage Fe/Mg via la méthode Czochralski (plage de concentration 10¹⁶–10¹⁹ cm⁻³) pour optimiser la résistance photoréfractive.

2. Traitement avancé :

Intégration hétérogène : plaquettes composites Si-LN (épaisseur 300–600 nm) avec conductivité thermique jusqu'à 8,78 W/m·K pour filtres SAW haute fréquence.

Fabrication de guides d'ondes : les techniques d'échange de protons (PE) et d'échange de protons inverse (RPE) produisent des guides d'ondes submicroniques (Δn > 0,7) pour les modulateurs électro-optiques de 40 GHz.

3. Assurance qualité :

Tests de bout en bout : la spectroscopie Raman (vérification du polytype), la XRD (cristallinité) et l'AFM (morphologie de surface) garantissent la conformité aux normes MIL-PRF-4520J et JEDEC-033.

Logistique mondiale : expédition à température contrôlée (± 0,5 °C) et livraison d'urgence en 48 heures dans toute la région Asie-Pacifique, en Europe et en Amérique du Nord.

Avantages concurrentiels

1. Rentabilité : les lingots de 8 pouces réduisent les déchets de matériaux de 30 % par rapport aux alternatives de 4 pouces, réduisant ainsi les coûts unitaires de 18 %.

2. Indicateurs de performance :

Bande passante du filtre SAW : > 1,28 GHz (contre 0,8 GHz pour LiTaO3), critique pour les bandes mmWave 5G.

Cyclisme thermique : résiste aux cycles de -200 à 500 °C avec une déformation < 0,05 %, validé dans les tests LiDAR automobiles.

1. Durabilité : Les méthodes de traitement recyclables réduisent la consommation d’eau de 40 % et la consommation d’énergie de 25 %.

Conclusion

Le lingot de LiNbO3 demeure le matériau de choix pour l'optoélectronique de nouvelle génération, alliant des performances électro-optiques inégalées à une fiabilité de niveau industriel. De l'informatique quantique aux communications 6G, sa polyvalence et son évolutivité en font un élément essentiel des technologies futures. Collaborez avec nous pour bénéficier de solutions de pointe en matière de dopage, de réduction des défauts et d'intégration hétérogène, adaptées aux besoins de votre application.