Usuário(a):Theo Brahe/Niobato de lítio

 

Niobato de lítio (LiNbO₃) é um sal sintético, composto pelos elementos nióbio, lítio e oxigênio . Seus monocristais são materiais importantes para guias de onda ópticos, telefones e celulares, sensores piezoelétricos, moduladores ópticos, e possuem várias outras aplicações ópticas, tanto lineares e não lineares. O niobato de lítio é às vezes referido pela marca linobate .

Propriedades

O niobato de lítio é um sólido sem cor, e insolúvel na água. Ele possui um sistema de cristal trigonal, que carece de simetria de inversão e apresenta ferroeletricidade, efeito Pockels, efeito piezoelétrico, fotoelasticidade e polarizabilidade óptica não linear . O niobato de lítio tem birrefringência uniaxial negativa que depende, ligeiramente, da estequiometria do cristal, e da sua temperatura. É transparente quando se tem comprimentos de onda entre 350 e 5.200 nanômetros .

O niobato de lítio pode ser dopado com óxido de magnésio, o que acaba por aumentar a sua resistência a danos ópticos (que também são conhecidos como danos fotorrefrativos). Outros dopantes utilizados, para este niobato, são o ferro, ozinco, o háfnio, o cobre, o gadolínio, o érbio, o ítrio, o manganês e o boro .

Crescimento

Um wafer de niobato de lítio de cristal único com corte em Z

Monocristais do niobato de lítio podem ser sintetizados, ou cultivados, utilizando o processo Czochralski .

Depois que um cristal cresce, ele é cortado em wafers de diferentes orientações. As orientações mais comuns, para os tais wafers, são a de corte Z, de corte X, de corte Y e as de cortes com ângulos girados dos eixos anteriores.

Aplicações

O niobato de lítio é demasiadamente utilizado no mercado de telecomunicações, como, por exemplo, em telefones celulares, ou moduladores ópticos . Devido ao seu grande acoplamento eletromecânico, ele costuma ser o material de escolha para alguns dispositivos de ondas acústicas de superfície . Em alguns usos específicos, pode ser substituído pelo tantalato de lítio (LiTaO₃) . Outros usos, para o niobato, são os de duplicação de frequência de laser, óptica não linear, células de Pockels, osciladores paramétricos ópticos, dispositivos Q-switching para lasers, alguns outros dispositivos acústico-ópticos, interruptores ópticos para frequências gigahertz, et cetera. O niobato de lítio também é utilizado na fabricação de filtros ópticos espaciais de passagem baixa ( anti-aliasing ).

Recentemente, o niobato de lítio tem encontrado aplicações, no mercado, como sendo uma espécie de pinça eletrostática, uma abordagem que é conhecida como pinça optoeletrônica, pois o efeito requer que ocorra uma excitação luminosa. Este efeito permite que se faça uma manipulação fina de partículas em escala micrométrica com alta flexibilidade, uma vez que a ação da pinça é restrita à área iluminada, somente. O efeito é baseado nos campos elétricos muito elevados, que são gerados durante a exposição à luz (1–100 kV/cm) dentro do ponto iluminado. Esses campos intensos também estão encontrando aplicações na biofísica e na biotecnologia, pois podem influenciar os organismos vivos de diversas maneiras. Foi demonstrado, por exemplo, que o niobato de lítio, quando dopado com ferro, e excitado com luz visível, produz morte celular em culturas de células tumorais.

Niobato de lítio periodicamente polarizado (PPLN)

Niobato de lítio periodicamente polarizado (PPLN, em inglês "Periodically poled lithium niobate") é um cristal do niobato de lítio, de engenharia de domínio, utilizado, principalmente, para a obtenção de uma correspondência de quase fase em óptica não linear . Os domínios ferroelétricos apontam, alternadamente, para as direções +c e −c, com um período comumente entre 5 e 35µm . Os períodos mais curtos desta faixa são utilizados para a geração de segundo harmônico, enquanto os períodos mais longos, são utilizados para oscilação paramétrica óptica . A polarização periódica do niobato pode ser obtida pela polarização elétrica, que é feita com um eletrodo estruturado periodicamente. O aquecimento controlado do cristal pode ser usado para ajustar a correspondência de fases no meio. Isto é devido a uma ligeira variação da dispersão com a temperatura.

A polarização periódica usa o maior valor do tensor, não linear, do niobato de lítio, que é d ₃₃ = 27pm//V. A correspondência de sua quase fase fornece eficiências máximas que são 2/π (64%) do d ₃₃ completo, ou cerca de 17pm/V.

Outros materiais usados para a sua polarização periódica, são os cristais inorgânicos de banda larga, como o KTP (que resulta em um KTP periodicamente polarizado, PPKTP), tantalato de lítio, e alguns materiais orgânicos.

A técnica de polarização periódica também pode ser usada no processo de formação de nanoestruturas de superfície.

No entanto, devido ao seu baixo limiar de dano fotorrefrativo, o PPLN só encontra aplicações, muito limitadas, nomeadamente, em níveis de potência que são muito baixos. O niobato de lítio, que é dopado com MgO, é fabricado pelo citado método periodicamente polido. O niobato de lítio dopado com MgO, quando é periodicamente polido (PPMgOLN), portanto, expande a sua aplicação para o nível de potência médio.

Equações de Sellmeier

As equações de Sellmeier, feitas para o índice extraordinário, são utilizadas para encontrar o seu período de polarização, e a sua temperatura aproximada para o casamento de quase fase. Jundt dá

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

que é válido de 20 a 250°C, e para comprimentos de onda de 0,4 a 5 micrômetros, enquanto para comprimentos de onda mais longos,

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

que vale para T = 25 a 180°C, e para comprimentos de onda λ, entre 2,8 e 4,8 micrômetros.

Nestas equações, f = ( T − 24,5)( T + 570,82), o λ está em micrômetros, e o T está em °C.

De forma generalizada, para índices ordinários e extraordinários, para dopados com MgOLiNbO
3 :

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

Parâmetros	CLN dopado com 5% de MgO		SLN dopado com 1% de MgO
	não​	não​	não​
um 1	5.756	5.653	5.078
um 2	0,0983	0,1185	0,0964
um 3	0,2020	0,2091	0,2065
um 4	189,32	89,61	61.16
um 5	12.52	10,85	10h55
um 6	1,32×10 −2	1,97×10 −2	1,59×10 −2
b1​	2,860×10 −6	7,941×10 −7	4,677×10 −7
b2​	4.700×10 −8	3,134×10 −8	7,822×10 −8
b3​	6,113×10 −8	−4,641×10 −9	−2,653×10 −8
b4​	1,516×10 −4	−2,188×10 −6	1,096×10 −4

para congruente LiNbO
3 (CLN) e estequiométrico LiNbO
3 (SLN).

 

Fontes citadas

• Haynes, William M., ed. (2016). CRC Handbook of Chemistry and Physics 97th ed. [S.l.]: CRC Press. ISBN 9781498754293 

Links externos

• Folha de dados Inrad sobre niobato de lítio

Predefinição:Niobium compounds [[Categoria:Cristais (cristalografia)]]