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人工晶体学报
中材人工晶体研究院
人工晶体学报

中材人工晶体研究院

沈德忠

月刊

1000-985X

jtxbbjb@126.com

010-65491290；65492963

100018

北京朝阳区红松园1号中材人工晶体研究院，北京733信箱

人工晶体学报/Journal Journal of Synthetic CrystalsCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊报道我国在半导体材料、光电子材料、纳米材料、薄膜材料和超硬材料等领域在理论研究、生长技术、性能、品质鉴定、原料制备，以及应用技术和加工等方面的科研成果，同时介绍国内外晶体材料的发展动态与学术交流活动。学报是我国从事人工晶体研究人员与国外同行交流的一个重要窗口。
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    铌酸锂晶体的缺陷结构

    刘宏德王维维张中正郑大怀...
    355-371页
    查看更多>>摘要：铌酸锂是集电光、声光、压电和非线性等性能于一体的人工晶体，在光子学及光电子学等领域具有广泛的应用前景，被誉为"光学硅"或"光子学硅"。近年来随着基于薄膜铌酸锂的集成光子学的迅猛发展，铌酸锂晶体受到更加广泛的关注。然而铌酸锂是一种典型的非化学计量比晶体，其含有大量的本征缺陷，严重影响了晶体性能;同时，铌酸锂晶格对众多杂质离子都有良好的固溶性，而且晶体的性质随着杂质离子的种类和浓度不同产生显著变化。如同单晶硅等半导体材料的缺陷工程，缺陷已经并且必将继续对晶体的性能及铌酸锂集成光子学产生重要影响。本文对铌酸锂晶体的缺陷结构做了一个简要的回顾，尤其是近期涉及薄膜铌酸锂晶体的相关内容，涵盖了本征缺陷结构、非本征缺陷结构、缺陷结构的表征、缺陷结构的理论计算、缺陷结构与晶体性能的构效关系等方面，以期对当前的铌酸锂集成光子学研究贡献微薄之力。

    铌酸锂缺陷结构薄膜铌酸锂集成光子学构效关系

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    低损耗薄膜铌酸锂光集成器件的研究进展

    林锦添高仁宏管江林黎春桃...
    372-394页
    查看更多>>摘要：近年来得益于薄膜铌酸锂晶圆离子切片技术和低损耗微纳刻蚀工艺的飞速发展，薄膜铌酸锂光集成结构提供了光场紧束缚、快速电光调谐、高效频率转换和声光转换的空前能力，各种高性能的薄膜铌酸锂光集成器件不断涌现，且朝着大规模光集成芯片的方向迅猛发展，为高速信息处理、精密测量、量子信息、人工智能等重要应用提供了全新的发展动力。本文主要围绕铌酸锂晶体发展历史、薄膜铌酸锂离子切片技术发展历程、极低损耗微纳刻蚀技术演化进程，以及高性能的薄膜铌酸锂光集成器件进展进行总结，并展望了未来的发展趋势。

    薄膜铌酸锂微纳加工光集成器件非线性光学电光调制器光频梳

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    铌酸锂导电畴壁及其应用

    张煜晨李三兵许京军张国权...
    395-409页
    查看更多>>摘要：铌酸锂(LiNbO3，LN)是一种多功能的单轴铁电材料，广泛应用于光学调制器、光学频率梳、光波导等领域。导电畴壁(DW)作为镶嵌在绝缘材料中纳米尺度的导电通道，在非易失性存储器、逻辑门、晶体管等领域展现出重要的应用前景，促进了铌酸锂在纳米光电子学领域的应用。绝缘体上铌酸锂薄膜(LNOI)畴壁p-n结的实现有望进一步促进铌酸锂基光电一体化芯片的发展进程。本文简要回顾了铌酸锂导电畴壁的研究进展，介绍了畴壁的制备、导电机制、导电类型和畴壁的应用，重点介绍了铌酸锂畴壁p-n结的研究，进一步结合应用热点概述了铌酸锂畴壁光电子器件开发进程中的关键问题、机遇和挑战。

    铌酸锂导电畴壁p-n结薄膜铁电纳米光电子学

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    薄膜铌酸锂光电探测器近期研究进展

    谢汉荣杨铁锋韦玉明关贺元...
    410-425页
    查看更多>>摘要：铌酸锂晶体具有高电光、压电和非线性光学系数，宽光学透明范围、兼容速度匹配、相位匹配和色散工程，长期稳定性以及可低成本制备光学级晶圆等众多优势，作为构筑如电光调制器、光学频率梳、光波导等光电子器件的重要平台，在信息通信领域的光产生、光传输、光调制等领域大放异彩，被誉为"光子领域的硅"，具有巨大的集成应用潜力，受到学术界和产业界的广泛关注。然而，由于铌酸锂的绝缘体和弱光学吸收特性，基于铌酸锂平台的集成应用领域还面临光电转换效率低和探测难的问题，全光通信中光解调和光提取需要高性能探测器的支撑，因此研发基于铌酸锂的光电探测器具有重大的科学意义和应用价值。本文从铌酸锂的基本结构特性出发，详细介绍了铌酸锂的优异物性和光电转化机理，综述了国内外学者近期的一些研究成果，重点阐述了基于铌酸锂晶体的光波导集成型光电探测器和异质结型光电探测器的研究进展，探讨并比较了不同路线的优点和发展潜力，并对该领域提出展望。

    铌酸锂光电探测器光芯片光波导热释电

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    晶圆级薄膜铌酸锂波导制备工艺与性能表征

    叶志霖李世凤崔国新尹志军...
    426-433页
    查看更多>>摘要：随着光子集成和光通信技术的快速发展，低损耗波导是实现高效光子传输的关键元件，其性能直接影响整个集成芯片的性能。因此，低损耗波导的制备技术是当前铌酸锂集成光子技术研究的热点和难点。本研究针对晶圆级低损耗薄膜铌酸锂波导的制备工艺进行了深入研究，在4英寸的薄膜铌酸锂晶圆上，基于深紫外光刻和电感耦合等离子体刻蚀技术，成功制备出了传输损耗低于0。15 dB/cm的波导，同时刻蚀深度误差控制在10％以内，极大地提高了波导结构的精确度。此外，本研究还提出了一种基于微环谐振腔的晶圆上波导损耗的表征方案，能更精确地评估波导性能。通过测试，发现所制备的波导合格率超过85％，显示出良好的可重复性和可靠性。本文中发展的晶圆级薄膜铌酸锂加工工艺，对推进铌酸锂波导的大规模制备和应用具有重要意义。

    薄膜铌酸锂晶圆级加工波导损耗测量深紫外光刻ICP刻蚀集成光子技术

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    8英寸铌酸锂晶体生长研究

    孙德辉韩文斌李陈哲彭立果...
    434-440页
    查看更多>>摘要：铌酸锂单晶薄膜(LNOI)在新一代信息技术中关键通信器件领域的作用日益显著，随着铌酸锂单晶薄膜制备技术和光子集成技术的发展，降低芯片成本、增加芯片集成度是光子集成芯片永恒不变的发展方向，因此迫切需求大尺寸铌酸锂晶体。本文讨论了大尺寸坩埚中熔体自然对流随着液面下降的变化规律，研究了8英寸(1英寸=2。54 cm)铌酸锂Z轴、X轴两个提拉方向的生长特点，获得等径尺寸大于φ210 mm×50 mm的8英寸Z轴、X轴铌酸锂晶体。1 mm厚X轴铌酸锂晶圆的透过率显示波长380-3 300 nm光谱的透过率超过了70％，晶片纹影图像显示晶体中存在折射率脉理缺陷。

    铌酸锂8英寸自然对流提拉法折射率脉理

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    适温离子交换掺铒铌酸锂薄膜的制备研究

    何雨轩吴江威陈玉萍陈险峰...
    441-448页
    查看更多>>摘要：本文通过制备KNO3和Er(NO3)3熔融混合物，将其与铌酸锂薄膜在高温管式炉中混合进行适温热扩散，并结合退火工艺，发明了一种直接在铌酸锂薄膜上掺杂Er3+的方法。通过不断变换热扩散温度、掺杂试剂浓度比例和晶体切向等参数，用控制变量法探究了不同参数对适温离子交换法掺杂Er3+效果的影响，在热扩散和退火温度360℃及KNO3和Er(NO3)3质量比25∶1的参数设置下获得了表面形貌较佳的Z切掺铒铌酸锂薄膜。通过飞行时间二次离子质谱仪并利用已知掺杂浓度的薄膜进行定标，检测了所获得的掺铒铌酸锂薄膜中的Er3+浓度情况，对所采用适温离子交换法的有效性进行了验证。这一方法大幅简化了铌酸锂薄膜掺杂的工艺，同时节约了成本，有助于后续在铌酸锂薄膜平台上实现分区掺杂的工作，为未来定制化铌酸锂光子集成平台的搭建提供参考。

    铌酸锂薄膜Er3+适温离子交换二次离子质谱仪

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    极化电极均匀化设计调控铌酸锂周期极化占空比

    刘齐鲁郑名扬高洋张龙喜...
    449-457页
    查看更多>>摘要：准相位匹配(QPM)理论上能够充分利用晶体的非线性光学系数、无走离效应，在光学频率转换中具有非常大的优势。铌酸锂晶体(LiNbO3，LN)具有高非线性光学系数、宽通光范围和低生长成本，因此基于铌酸锂铁电畴结构设计获得的周期极化铌酸锂晶体(PPLN)成为准相位匹配技术的理想选择。目前制备PPLN晶体最常用的方法是外加电场极化法，制备过程中，电极结构的参数对极化过程至关重要。本研究基于实时监测下的电场极化过程，结合有限元分析，对不同电极结构的空间电场分布进行分析，发现电极边缘出现电场极大值，而电极内部的电场分布相对均匀。基于这一现象，本文提出了一种多通道电极结构的设计方案，以实现极化空间内部电场的均匀分布。本研究采用十通道电极进行极化实验，通过表征每个通道的占空比，发现内部八个通道的占空比大小均匀且在50％±5％范围，通过晶体的倍频实验验证发现十通道周期极化样品中中间通道相对边缘通道的非线性转换效率明显提升并分布均匀，证明其中间通道具有占空比可控的均匀极化结构，为极化空间电场均匀化设计提供了一种高效合理的设计方案。

    铌酸锂周期极化铌酸锂非线性光学空间电场分布有限元分析

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    飞秒激光直写铌酸锂晶体半包层光波导

    段雨濛贾曰辰吕金蔓
    458-464页
    查看更多>>摘要：本文采用飞秒激光微纳加工技术在铌酸锂(LiNbO3)晶体中成功制备了直径为30、40和50 μm的半包层波导，并通过端面耦合技术对其导波性能进行测试，得出半包层波导在633、1 550 nm波长下具有优良的传输性能，且仅支持TM偏振方向传输，具有单偏振性;通过计算波导的传输损耗，得出了30 μm直径的波导在633及1 550 nm波长下传输性能最佳。并且通过Rsoft软件理论计算，证明了实验结果的合理性。本研究结果为光波导设计和性能优化提供了重要的参考，具有一定的实验和理论价值。

    飞秒激光微纳加工光波导铌酸锂晶体半包层波导1550nm波导单偏振态

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    基于亚波长光栅辅助定向耦合器的集成铌酸锂偏振分束器

    陈力周旭东袁明瑞肖恢芙...
    465-471页
    查看更多>>摘要：绝缘体上铌酸锂(LNOI)是实现高速光子集成回路(PICs)的理想平台。通过充分利用铌酸锂(LN)的优势，LNOI平台能够实现高速电光和高效非线性光学集成器件。偏振分束器(PBS)作为分离和组合两种正交偏振光模式的关键无源器件之一，在实现片上偏振复用系统并提升光通信系统数据传输容量方面发挥着至关重要的作用。近年来，基于不同结构的PBS已经被成功实现，其中，基于亚波长光栅辅助定向耦合结构的PBS表现出优异的器件性能和紧凑的器件尺寸。本文基于氮化硅-铌酸锂异质集成的间接刻蚀方案，实现了一种亚波长光栅辅助定向耦合结构的高性能PBS。仿真结果表明，当波长在1 500～1 600 nm时，器件的偏振消光比均大于24。49 dB。实验数据进一步证实，当波长在1 500～1 580 nm时，器件偏振消光比均大于18。06 dB。

    薄膜铌酸锂集成光子学氮化硅-铌酸锂偏振调控器件偏振分束器亚波长光栅定向耦合器

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