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铌酸锂光波导技术路线.docx

更新时间：2026-07-30 08:53:34 大小：18K 上传用户：江岚查看TA发布的资源 标签：光波 下载积分：2分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

一、技术概述

铌酸锂（LiNbO₃，简称LN）是一种具有优异电光、声光、非线性光学特性的多功能晶体材料，凭借大电光系数、宽透明窗口、高化学稳定性等优势，成为集成光子学领域核心材料之一，广泛应用于光通信、量子光子学、微波光子学、激光加工等领域。光波导是铌酸锂光电器件的基础结构，其制备技术路线的演进直接推动了铌酸锂器件从分立器件向大规模集成光子芯片方向发展。

二、传统铌酸锂光波导主流技术路线

2.1 扩散法制备技术

扩散法是最早实现商业化应用的铌酸锂光波导制备技术，核心原理是通过高温扩散将杂质离子引入铌酸锂晶体表面，改变晶体局部折射率形成导波结构，主要分为钛扩散（Ti-diffusion）和质子交换（Proton Exchange）两类技术路线。

钛扩散技术路线的工艺步骤为：首先通过光刻工艺在铌酸锂晶圆表面制备钛金属图形，随后将晶圆置于1000-1100℃的高温环境中扩散数小时，钛原子扩散进入晶体后会提升铌酸锂的寻常光折射率（no）和异常光折射率（ne），从而形成折射率差的光波导结构。该技术路线的优势是制备的光波导传输损耗低（可低于0.1dB/cm），电光特性保持好，适合制备强度调制器、相位调制器等传统分立器件；局限性在于折射率对比度低（通常小于0.02），光波导弯曲半径大，难以实现高密度集成，同时高温扩散工艺时间长、能耗高，对晶圆尺寸兼容性差。

质子交换技术路线的工艺原理是利用低熔点酸性物质（如苯甲酸、焦磷酸）与铌酸锂晶体中的Li+发生离子交换，H+替换Li+后会显著提升铌酸锂的异常光折射率（ne），对寻常光折射率（no）影响极小，因此可制备偏振保持光波导，尤其适合制备铌酸锂偏振器件、分束器等产品。该技术路线的工艺温度更低（通常为200-300℃），工艺周期短，折射率差高于钛扩散工艺，但是制备的光波导传输损耗略高，且电光系数会出现一定程度退化，需要后续退火工艺优化性能。


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