劉 宏，桑元華，孫德輝，王東周，王繼揚(yáng),4

(1.山東大學(xué)，晶體材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，濟(jì)南 250100；2.濟(jì)南大學(xué)，前沿交叉科學(xué)研究院，濟(jì)南 250022；3.濟(jì)南量子技術(shù)研究院，濟(jì)南 250101；4.天津理工大學(xué)，功能晶體研究院，天津 300384)

0 引 言

鈮酸鋰晶體(LiNbO3，簡(jiǎn)稱(chēng)LN)是一種傳統(tǒng)的多功能晶體，且具有成本低、熱學(xué)和化學(xué)穩(wěn)定性高、易于加工等市場(chǎng)化優(yōu)勢(shì)，是少數(shù)歷久彌新、不斷開(kāi)辟應(yīng)用新領(lǐng)域的重要功能材料。

LN晶體是一種傳統(tǒng)的電光晶體[1-4]，電光系數(shù)γ33=30.9×10-12mV-1。自從鈦擴(kuò)散、反質(zhì)子交換技術(shù)在LN晶圓上實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)以來(lái)，LN開(kāi)啟了在集成光學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的大門(mén)[5]。與其他集成光子材料相比，LN的電光性質(zhì)是其最大優(yōu)勢(shì)，故而LN基高速調(diào)制解調(diào)器、光通信的波導(dǎo)信號(hào)放大器等[6-7]在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中占據(jù)了較大市場(chǎng)。LN基電光調(diào)制器，具有很小的啁啾效應(yīng)、良好的消光比和優(yōu)越的器件穩(wěn)定性，可獲得高達(dá)40 GHz的帶寬。但是這種同質(zhì)材料通過(guò)離子注入等方式改性造成的折射率差通常小于0.1，光限域較低，限制了器件的集成度以及傳輸帶寬等性能的進(jìn)一步發(fā)展。

LN具有優(yōu)良的壓電性能，在表面聲波(SAW)器件、壓電換能器件等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。SAW器件以LN、鉭酸鋰晶體為基片，利用其壓電特性把電波的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)變成為機(jī)械能，再將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電的信號(hào)，從而對(duì)信號(hào)進(jìn)行過(guò)濾。由于晶體較強(qiáng)的熱釋電效應(yīng)，在器件制備過(guò)程中易在晶體表面積累大量熱釋電電荷。當(dāng)靜電場(chǎng)的能量達(dá)到一定程度之后，放電現(xiàn)象會(huì)損壞叉指電極，從而限制了叉指電極的優(yōu)化范圍，即限制了SAW器件的工作頻率。通過(guò)化學(xué)還原，Standifer等[8]實(shí)現(xiàn)了LN基片的“黑化”，提高了晶體電導(dǎo)率近5個(gè)數(shù)量級(jí)，顯著抑制了熱釋電效應(yīng)，拓寬了LN、鉭酸鋰在SAW上的應(yīng)用頻率范圍。但是隨著通信技術(shù)的發(fā)展，濾波器向片式化、小型化、高頻化發(fā)展，目前晶圓基SAW器件的Q值、溫度系數(shù)、集成度等性能仍不能滿(mǎn)足新一代通信系統(tǒng)的要求。

LN晶體疇工程，通過(guò)周期性反轉(zhuǎn)疇調(diào)制晶體的非線性極化率來(lái)補(bǔ)償由于色散造成的基頻光與倍頻光之間的失配相位，即準(zhǔn)相位匹配(quasi-phase matching, QPM)，在非線性光學(xué)領(lǐng)域占有非常重要的位置[9]。目前，LN疇工程已經(jīng)遍及1維、2維、3維材料，結(jié)合波導(dǎo)技術(shù)在非線性光學(xué)、非線性光學(xué)成像、量子通信等應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮重要作用[10]。

LN晶體在電光調(diào)制、SAW器件等光電集成領(lǐng)域的重要作用，以及新一代通信系統(tǒng)對(duì)器件性能的高需求，催動(dòng)了LN單晶薄膜的發(fā)展。應(yīng)用器件的發(fā)展，正推動(dòng)LN晶體與半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)接軌，引發(fā)光電集成器件的革新。另一方面，LN的疇工程的多元化發(fā)展，正在拓展LN在非線性光學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。本文僅通過(guò)介紹近年來(lái)LN晶體的新發(fā)展和新應(yīng)用，對(duì)LN晶體研究的發(fā)展進(jìn)行了簡(jiǎn)單探討。

1 LN晶體與光電集成

由于鈦擴(kuò)散、反質(zhì)子交換技術(shù)所制備的波導(dǎo)的局限性，LN單晶薄膜波導(dǎo)吸引了眾多科學(xué)家的研究興趣。從20世紀(jì)70年代開(kāi)始，化學(xué)氣相沉積法[11]、分子束外延[12]、磁控濺射[13]等外延方法被用來(lái)制備LN薄膜，但是受到薄膜質(zhì)量的限制，LN薄膜并沒(méi)有獲得應(yīng)用。直到1998年，Levy等利用“離子切片”(ion-slicing)技術(shù)，首次獲得了厚度900 nm的LN單晶薄膜[14]；Pastueaud等于2007年利用硅片鍵合和熱解離技術(shù)首次獲得了厚度約為500 nm的LN單晶薄膜，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)的突破[15]。2009年，胡卉等將LN晶圓與半導(dǎo)體硅-二氧化硅鍵合，制備LN單晶薄膜[16]，稱(chēng)為L(zhǎng)NOI(lithium niobate on insulator)(見(jiàn)圖1)，薄膜厚度在300～900 nm可調(diào)[17]。

圖1 離子切片法制備LNOI示意圖Fig.1 Schematic diagram of ion-slicing process for LNOI

圖2 LN薄膜電光調(diào)制器與傳統(tǒng)電光調(diào)制器[19]Fig.2 LNOI based electro-optic modulator and traditional electro-optic modulator[19]

LNOI可實(shí)現(xiàn)光波導(dǎo)的包-芯折射率差達(dá)到1.2以上，大大增強(qiáng)了光限域能力，提高了光學(xué)器件的性能和集成度。2017年，Zhang等[18]利用ICP等離子刻蝕技術(shù)在LNOI上制備了波長(zhǎng)尺度的脊型波導(dǎo)，首次實(shí)現(xiàn)傳輸損耗低于2.7 dB/m，從此開(kāi)啟了LNOI集成光學(xué)器件商品化的進(jìn)程。2018年，Wang等[19]在LN單晶薄膜上實(shí)現(xiàn)了集成LN電光調(diào)制器，數(shù)據(jù)傳輸速度高達(dá)210 Gbit/s，在將數(shù)據(jù)帶寬提升至100 GHz的同時(shí)，器件表面積比傳統(tǒng)器件縮小約100倍(見(jiàn)圖2)。2019年，He等[20]制備了硅-LN混合集成的Mach-Zehnder電光調(diào)制器，實(shí)現(xiàn)了3 dB調(diào)制帶寬為70 GHz，低插入損耗為2.5 dB，調(diào)制速率高達(dá)112 Gbps。目前，硅基LN單晶薄膜的研究成為集成光學(xué)領(lǐng)域的一大熱點(diǎn)[21]，電光調(diào)制、聲光調(diào)制、非線性變頻調(diào)制等多種光學(xué)調(diào)制方式陸續(xù)在硅基LN單晶薄膜上實(shí)現(xiàn)[22]。

此外， LNOI擁有特殊的硅基鍵合結(jié)構(gòu)，在SAW器件上也有優(yōu)越的表現(xiàn)。近年來(lái)，日本村田基于LN薄膜制備了超級(jí)高性能IHP SAW[23]，由于硅基底的優(yōu)勢(shì)，IHP SAW具有高Q值、低頻率溫度系數(shù)(TCF)、良好的散熱性。IHP SAW濾波器可以將LN產(chǎn)生的熱量高效地傳導(dǎo)到硅基底上，利用硅良好的導(dǎo)熱性，從而避免溫度的升高。低TCF和良好的散熱性，保證了IHP SAW濾波器在高溫下頻響穩(wěn)定性。此外，薄膜體聲波諧振器(FBAR)是使用薄膜半導(dǎo)體工藝在空氣中形成電極-壓電薄膜-電極的微結(jié)構(gòu)器件[24]，可實(shí)現(xiàn)更低的插入損耗、更精確的頻率位置，而且其體積小、兼容硅工藝、可集成化。LN薄膜機(jī)電耦合系數(shù)可達(dá)43%@2 GHz[25]，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)AlN薄膜的6.4%@2.5 GHz[26]，容易滿(mǎn)足帶寬射頻系統(tǒng)的應(yīng)用，具有更高的應(yīng)用潛力。2019年，Plessky等提出了LN薄膜側(cè)向激勵(lì)體聲波諧振器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了更高的機(jī)電耦合，可以在10～15 GHz的頻率范圍運(yùn)行[27]。

LN單晶薄膜在SAW器件、集成光學(xué)等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)性能跨越發(fā)展，成為L(zhǎng)N新材料發(fā)展的里程碑，被稱(chēng)為“鈮酸鋰谷”時(shí)代來(lái)臨的標(biāo)志[28-29]。LN薄膜是從LN晶圓上剝離，依賴(lài)于LN晶圓與硅基半導(dǎo)體鍵合技術(shù)；另一方面集成光路微結(jié)構(gòu)加工依賴(lài)于CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)工藝技術(shù)。而目前半導(dǎo)體主流產(chǎn)線設(shè)計(jì)為直徑200 mm晶圓，因此LN單晶薄膜的巨大性能優(yōu)勢(shì)正推動(dòng)LN晶體與200 mm半導(dǎo)體接軌。Wang等[30]報(bào)道了直徑150 mm Z-切LN晶體的生長(zhǎng)技術(shù)，山東大學(xué)-濟(jì)南大學(xué)聯(lián)合開(kāi)發(fā)了直徑200 mm LN晶體的批量化制備技術(shù)(見(jiàn)圖3)。由于SAW器件一般選擇Y127.86切LN基底，而集成光學(xué)器件需要X切LN基底，因此Y127.86和X切等特殊切型的200 mm LN晶體生長(zhǎng)技術(shù)是滿(mǎn)足未來(lái)SAW器件、集成光學(xué)器件對(duì)基質(zhì)晶體材料需求的關(guān)鍵技術(shù)。

圖3 直徑200 mm(8英寸)CLN晶體(濟(jì)南大學(xué)提供)Fig.3 200 mm CLN single crystal (by University of Jinan)

另一方面，由于Er離子的光譜特性，摻Er LN晶體是一種常用的平面光波導(dǎo)放大器的基質(zhì)晶體材料，通常利用鈦擴(kuò)散技術(shù)制備波導(dǎo)溝道[31]。近年來(lái)，科學(xué)界開(kāi)始了基于摻Er LN單晶薄膜的集成光學(xué)器件研究。Cheng等在摻Er LN單晶薄膜基底上利用化學(xué)機(jī)械拋光光刻技術(shù)制備了波導(dǎo)放大器，促進(jìn)了LN集成光子器件的實(shí)用化[32]。Chen等構(gòu)建了摻Er LN微盤(pán)諧振腔，研究了1 530 nm/1 560 nm集成光源的性能，推動(dòng)了集成光學(xué)光源器件的發(fā)展[33]。由于Er離子對(duì)泵浦光980 nm的吸收截面較小，一般采用摻入Yb離子作為敏化劑，增大對(duì)泵浦光的吸收截面，從而提高輸出效率。未來(lái)生長(zhǎng)大尺寸Er/Yb雙摻LN晶體，用于集成光學(xué)器件的研究，是非常重要的研究方向之一。

2 LN晶體與疇工程

2.1 LN疇工程

自1995年，祝世寧等首次驗(yàn)證室溫極化技術(shù)制備周期極化鈮酸鋰晶體(PPLN)[34]以來(lái)，LN疇工程主要向大片晶圓級(jí)PPLN和大口徑PPLN兩個(gè)方向發(fā)展。晶圓級(jí)PPLN可以與波導(dǎo)制備技術(shù)接軌，將LN非線性光學(xué)效應(yīng)與其他光學(xué)性能集成，形成多功能集成光學(xué)芯片。PPLN波導(dǎo)可以解決量子通信和量子測(cè)量領(lǐng)域存在通信波段(1 550 nm)和探測(cè)波段(800 nm)不匹配問(wèn)題，成為量子通信用單光子探測(cè)器、面陣單光子激光雷達(dá)的核心材料。濟(jì)南量子技術(shù)研究院與山東大學(xué)合作，實(shí)現(xiàn)了液相電極法晶圓級(jí)PPLN的制備[35]，制備了質(zhì)子交換PPLN波導(dǎo)[36]，并利用一個(gè)PPLN波導(dǎo)芯片搭建了34通道集成化上轉(zhuǎn)化探測(cè)器芯片[37](見(jiàn)圖4)。

近年來(lái)，鑒于LNOI在集成光學(xué)上的優(yōu)勢(shì)，LN薄膜的疇工程開(kāi)始廣受關(guān)注。2016年，Mackwitz等[38]首次在X切LNOI上獲得了橫向周期反轉(zhuǎn)疇結(jié)構(gòu)。最近報(bào)道了在X切LNOI上制備了PPLN脊型波導(dǎo)，并獲得了超高歸一化效率1 550 nm激光倍頻輸出[39-40]。Stanicki等[41]總結(jié)了LN薄膜疇工程，促進(jìn)了非線性頻率調(diào)制器件的開(kāi)發(fā)。

圖4 (a)周期極化LN晶片[36]; (b)質(zhì)子交換PPLN波導(dǎo)[36]；(c)34通道集成化上轉(zhuǎn)化探測(cè)器芯片[37]Fig.4 (a) Periodically polarized LN wafer[36]; (b) proton exchange PPLN waveguide[36]; (c) packaged PPLN waveguide chip with a 34-channel input and output fiber couplings[37]

另一方面，為了增加激光口徑，擴(kuò)展PPLN的強(qiáng)激光應(yīng)用領(lǐng)域，需要發(fā)展大口徑PPLN。由于LN晶體的矯頑場(chǎng)比較大，尤其是同成分LN晶體的矯頑場(chǎng)為21 kV/mm，一般通過(guò)外加電場(chǎng)法可制備厚度最大為1 mm的PPLN。Kim等[42]通過(guò)直接鍵合的方式使用兩塊1 mm厚的PPLN晶體制備了2 mm厚的晶體。而利用外加電場(chǎng)法直接制備大口徑PPLN就需要降低LN晶體的矯頑場(chǎng)。實(shí)驗(yàn)證明，摻入MgO、ZnO、In2O3等，可以改進(jìn)LN晶格結(jié)構(gòu)、降低晶體的矯頑場(chǎng)，尤其是摻鎂LN晶體(MgO∶CLN)晶體(見(jiàn)圖5)晶格完整，矯頑場(chǎng)降至4.5 kV/mm，并將抗光損傷閾值提升超過(guò)2個(gè)數(shù)量級(jí)[43]，極大地拓展了LN晶體在非線性光學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。Ishizuki等獲得了5 mm×5 mm口徑的周期極化摻鎂LN(PPMgLN)晶體，通過(guò)其光參量振蕩過(guò)程獲得了77 mJ的中紅外激光輸出，轉(zhuǎn)換斜效率高達(dá)72%[44]。最近，在面向光電對(duì)抗等領(lǐng)域的高功率中紅外激光研究中心，Ishizuki等已經(jīng)制備了厚度達(dá)到10 mm的PPMgLN晶體(見(jiàn)圖6)，并獲得了0.5 J的中紅外激光輸出[45]。

隨著疇結(jié)構(gòu)工程技術(shù)的發(fā)展，2018年，祝世寧等提出了飛秒激光擦除非線性系數(shù)的方案，實(shí)現(xiàn)了在LN晶體上的3D疇結(jié)構(gòu)制備(見(jiàn)圖7)[46]，將LN晶體疇工程拓展到3D超晶格結(jié)構(gòu)，基于3D介電體超晶格LN晶體，于2019年實(shí)現(xiàn)了高效的非線性光束整形[47]。

圖5 直徑80 mm(3英寸)摻鎂(5%摩爾分?jǐn)?shù))LN晶體(濟(jì)南大學(xué)提供)Fig.5 80 mm Mg doped LN crystal (by University of Jinan)

圖6 10 mm厚PPMgLN晶體[45]Fig.6 10 mm thick PPMgLN crystal[45]

圖7 激光疇擦除制備3D超晶格的示意圖及實(shí)際效果圖[46]Fig.7 Schematic diagram and measured images of 3D domain superlattices fabricatied with a femtosecond-laser erasing of nonlinearity[46]

2.2 復(fù)合多功能晶體

圖8 直徑80 mm(3英寸)釹鎂雙摻LN晶體(濟(jì)南大學(xué)提供)Fig.8 80 mm Nd/Mg co-doped LN crystal(by University of Jinan)

在LN晶體中摻入稀土激活離子(Nd、Yb、Er、Tm等)，結(jié)合LN疇工程的非線性光學(xué)性能，在半導(dǎo)體激光器直接泵浦下可實(shí)現(xiàn)自變頻的復(fù)合功能效果。這種自變頻復(fù)合功能晶體可以有效減少激光器光學(xué)器件數(shù)量，實(shí)現(xiàn)器件小型化。Liu等生長(zhǎng)了直徑80 mm(3英寸)釹鎂雙摻LN晶體(見(jiàn)圖8)，并利用外加電場(chǎng)法制備了周期極化釹鎂雙摻LN，實(shí)現(xiàn)了激光自倍頻，輸出了80 mW的542 nm連續(xù)綠光[48]，Yu等利用周期極化釹鎂雙摻LN實(shí)現(xiàn)了調(diào)Q自泵浦光參量振蕩，輸出了瓦級(jí)人眼安全的1 514 nm脈沖激光，以及3.8 μm中紅外激光[49]。但是目前由于晶體熱效應(yīng)比較嚴(yán)重，這種自變頻激光器的非線性轉(zhuǎn)化效率偏低。為了實(shí)現(xiàn)激光器產(chǎn)品化，還需進(jìn)一步對(duì)晶體構(gòu)型、激光器諧振腔設(shè)計(jì)等進(jìn)行研究。

3 LN晶體發(fā)展和應(yīng)用展望

現(xiàn)在又到了發(fā)展LN的一個(gè)高峰期。LN集成光路技術(shù)的最新進(jìn)展，已經(jīng)展示了其優(yōu)越的器件性能，獲得了科研和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。所幸的是，我國(guó)正在形成一條從LN單晶薄膜到集成光路技術(shù)的產(chǎn)業(yè)鏈，在如今復(fù)雜的國(guó)際形勢(shì)下，完善產(chǎn)業(yè)鏈，形成自主可控的關(guān)鍵技術(shù)顯得尤為重要。因此，當(dāng)前發(fā)展大尺寸(8～12英寸(200～300 mm))LN晶體，尤其是SAW器件、集成光學(xué)器件應(yīng)用的特殊切型LN晶圓，促使LN與半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)接軌，突破大尺寸單晶薄膜制備工藝，為L(zhǎng)N集成光路技術(shù)的發(fā)展奠定材料基礎(chǔ)。

立足當(dāng)下，放眼未來(lái)。LN晶體是一種典型的非化學(xué)計(jì)量比晶體，同成分LN晶體中存在空位和反位缺陷等本征缺陷。實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明近化學(xué)計(jì)量比LN晶體(SLN，見(jiàn)圖9)的Li/Nb摩爾比接近1，其多項(xiàng)晶體性能表現(xiàn)出了較大的改進(jìn)：矯頑場(chǎng)降低至約4 kV/mm，有利于LN晶體疇工程；電光系數(shù)γ22提高至約10 pm/V，有利于電光器件的開(kāi)發(fā)；光折變性能獲得了近一個(gè)數(shù)量級(jí)的提升(1 mW/cm2光強(qiáng))，更有利于發(fā)揮LN晶體的光折變特性。近化學(xué)計(jì)量比LN晶體具有完整的晶格結(jié)構(gòu)、特殊的光吸收特性，有望成為太赫茲關(guān)鍵材料?？茖W(xué)上認(rèn)為近化學(xué)計(jì)量比LN晶體是未來(lái)LN的發(fā)展方向，等待著科研工作者對(duì)其功能進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。另外，LN的疇工程已經(jīng)在激光器領(lǐng)域展現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)。因此，近化學(xué)計(jì)量比LN晶體、復(fù)合多功能LN晶體等高端LN晶體仍是未來(lái)LN晶體的主要發(fā)展方向。

圖9 直徑50～80 mm(2～3英寸)光學(xué)級(jí)近化學(xué)計(jì)量比LN晶體(山東大學(xué)提供)Fig.9 50～80 mm optical grade SLN crystal (by Shandong University)

[1] WEMPLE S H, DIDOMENICO M Jr, CAMLIBEL I. Relationship between linear and quadratic electro-optic coefficients in LiNbO3, LiTaO3, and other oxygen-octahedra ferroelectrics based on direct measurement of spontaneous polarization[J]. Applied Physics Letters, 1968, 12(6): 209-211.

[2] 孫 軍,郝永鑫,張 玲,等.鈮酸鋰晶體及其應(yīng)用概述[J].人工晶體學(xué)報(bào),2020,49(6):947-964.

SUN J, HAO Y X, ZHANG L, et al. Brief review of lithium niobate crystal and its applications[J]. Journal of Synthetic Crystals, 2020, 49(6): 947-964(in Chinese).

[3] YAMADA M, NADA N, SAITOH M, et al. First-order quasi-phase matched LiNbO3waveguide periodically poled by applying an external field for efficient blue second-harmonic generation[J]. Applied Physics Letters, 1993, 62(5): 435-436.

[4] ITO H, TAKYU C, INABA H. Fabrication of periodic domain grating in LiNbO3by electron beam writing for application of nonlinear optical processes[J]. Electronics Letters, 1991, 27(14): 1221.

[5] BAZZAN M, SADA C. Optical waveguides in lithium niobate: recent developments and applications[J]. Applied Physics Reviews, 2015, 2(4): 040603.

[6] CHEN F. Micro- and submicrometric waveguiding structures in optical crystals produced by ion beams for photonic applications[J]. Laser & Photonics Reviews, 2012, 6(5): 622-640.

[7] ZHANG B, WANG L, CHEN F. Recent advances in femtosecond laser processing of LiNbO3crystals for photonic applications[J]. Laser & Photonics Reviews, 2020, 14(8): 1900407.

[8] STANDIFER E M, JUNDT D H, NORWOOD R G, et al. Chemically reduced lithium niobate single crystals: processing, properties and improvements in SAW device fabrication and performance[C]//Proceedings of the 1998 IEEE International Frequency Control Symposium (Cat. No.98CH36165). May 29-29, 1998, Pasadena, CA, USA. IEEE, 1998: 470-472.

[9] ARMSTRONG J A, BLOEMBERGEN N, DUCUING J, et al. Interactions between light waves in a nonlinear dielectric[J]. Physical Review, 1962, 127(6): 1918.

[10] WANG T X, CHEN P C, XU C, et al. Periodically poled LiNbO3crystals from 1D and 2D to 3D[J]. Science China (Technological Sciences), 2020, 63(7): 1110-1126.

[11] CURTIS B J, BRUNNER H R. The growth of thin films of lithium niobate by chemical vapour de position[J]. Materials Research Bulletin, 1975, 10(6): 515-520.

[12] BETTS R A, PITT C W. Growth of thin-film lithium niobate by molecular beam epitaxy[J]. Electronics Letters, 1985, 21(21): 960.

[13] RABSON T A, BAUMANN R C, ROST T A. Thin film lithium niobate on silicon[J]. Ferroelectrics, 1990, 112(1): 265-271.

[14] LEVY M, OSGOOD R M Jr, LIU R, et al. Fabrication of single-crystal lithium niobate films by crystal ion slicing[J]. Applied Physics Letters, 1998, 73(16): 2293-2295.

[15] PASTUREAUD T, SOLAL M, BIASSE B, et al. High-frequency surface acoustic waves excited on thin-oriented LiNbO3single-crystal layers transferred onto silicon[J]. IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, 2007, 54(4): 870-876.

[16] HU H, RICKEN R, SOHLER W. Large area, crystal-bonded LiNbO3thin films and ridge waveguides of high refractive index contrast[EB/OL].

[17] POBERAJ G, HU H, SOHLER W, et al. Lithium niobate on insulator (LNOI) for micro-photonic devices[J]. Laser & Photonics Reviews, 2012, 6(4): 488-503.

[18] ZHANG M, WANG C, CHENG R, et al. Monolithic ultra-high-Q lithium niobate microring resonator[J]. Optica, 2017, 4(12): 1536-1537.

[19] WANG C, ZHANG M, CHEN X, et al. Integrated lithium niobate electro-optic modulators operating at CMOS-compatible voltages[J]. Nature, 2018, 562(7725): 101-104.

[20] HE M B, XU M Y, REN Y X, et al. High-performance hybrid silicon and lithium niobate Mach-Zehnder modulators for 100 Gbits-1and beyond[J]. Nature Photonics, 2019, 13(5): 359-364.

[21] 程 亞.鈮酸鋰集成光路：孕育自主產(chǎn)業(yè)鏈的前沿基礎(chǔ)研究[J].物理,2020,49(5):277-284.

CHENG Y. Photonic integrated circuits on lithium niobate: today’s fundamental research for tomorrow’s industry[J]. Physics, 2020, 49(5): 277-284(in Chinese).

[22] SUN D H, ZHANG Y W, WANG D Z, et al. Microstructure and domain engineering of lithium niobate crystal films for integrated photonic applications[J]. Light: Science & Applications, 2020, 9: 197.

[23] STéPHANE ELISABETH, YOUSSEF EL GMILI. Murata incredible high performance (IHP) SAW filter[EB/OL]. [2019-10-14]. https://www.sohu.com/a/346837700_406495.

[24] CHEN G, ZHAO X, WANG X, et al. Film bulk acoustic resonators integrated on arbitrary substrates using a polymer support layer[J]. Scientific Reports, 2015, 5: 9510.

[25] MOHD NOR N I, SHAH K, SINGH J, et al. Film bulk acoustic wave resonator filter for Ku-band applications[J]. Applied Mechanics and Materials, 2013, 321/322/323/324: 1614-1619.

[26] HARA M, UEDA M, SATOH Y. A thin-film bulk acoustic resonator and filter with optimal edge shapes for mass production[J]. Ultrasonics, 2013, 53(1): 90-96.

[27] PLESSKY V, YANDRAPALLI S, TURNER P J, et al. 5 GHz laterally-excited bulk-wave resonators (XBARs) based on thin platelets of lithium niobate[J]. Electronics Letters, 2019, 55(2): 98-100.

[28] JIN H, LIU F M, XU P, et al. On-chip generation and manipulation of entangled photons based on reconfigurable lithium-niobate waveguide circuits[J]. Physical Review Letters, 2014, 113(10): 103601.

[29] LEAH B. Now entering lithium niobate valley [EB/OL]. [2017-12-21] https://www.seas.harvard.edu/new/2017/12/now-entering-lithium-niobate-valley.

[30] WANG S, JI C, DAI P, et al. The growth and characterization of six inch lithium niobate crystals with high homogeneity[J]. CrystEngComm, 2020, 22(4): 794-801.

[31] SOHLER W. Erbium-doped lithium niobate waveguide lasers[J]. IEICE Transactions on Electronics, 2005, E88-C(5): 990-997.

[32] ZHOU J X, LIANG Y T, LIU Z X, et al. On-chip integrated waveguide amplifiers on erbium-doped thin film lithium niobate on insulator[EB/OL]. 2021.

[33] LIU Y A, YAN X S, WU J W, et al. On-chip erbium-doped lithium niobate microcavity laser[J]. Science China Physics, Mechanics & Astronomy, 2020, 64(3): 1-5.

[34] ZHU S N, ZHU Y Y, ZHANG Z Y, et al. LiTaO3crystal periodically poled by applying an external pulsed field[J]. Journal of Applied Physics, 1995, 77(10): 5481-5483.

[35] LIANG L Y, WANG F L, SANG Y H, et al. Facile approach for the periodic poling of MgO-doped lithium niobate with liquid electrodes[J]. CrystEngComm, 2019, 21(6): 941-947.

[36] 梁龍躍.基于周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)的上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)器研究[D].濟(jì)南:山東大學(xué),2019.

LIANG L Y. Upconversion single photon detector based on periodically poled LiNbO3waveguide[D]. Jinan: Shandong University, 2019(in Chinese).

[37] Zheng M, Yao Q, Wang B, et al. Integrated multichannel lithium niobate waveguides for quantum frequency conversion[J]. Phys Rev Applied, 2020, 14(3): 034035.

[38] MACKWITZ P. Periodic domain inversion in x-cut single-crystal lithium niobate thin film [J]. Appl Phys Lett, 2016, 108: 152902.

[39] WANG C, LANGROCK C, MARANDI A, et al. Ultrahigh-efficiency wavelength conversion in nanophotonic periodically poled lithium niobate waveguides[J]. Optica, 2018, 5(11): 1438-1441.

[40] RAO A, ABDELSALAM K, SJAARDEMA T, et al. Actively-monitored periodic-poling in thin-film lithium niobate photonic waveguides with ultrahigh nonlinear conversion efficiency of 4 600% W-1·cm-2[J]. Optics Express, 2019, 27(18): 25920-25930.

[41] STANICKI B J, YOUNESI M, L?CHNER F J F, et al. Surface domain engineering in lithium niobate[J]. OSA Continuum, 2020, 3(2): 345-358.

[42] KIM B J, KIM C S, KIM D J, et al. Fabrication of thick periodically-poled lithium niobate crystals by standard electric field poling and direct bonding[J]. Journal of the Optical Society of Korea, 2010, 14(4): 420-423.

[43] SUN D H, SONG W, LI L L, et al. Origin of ferroelectric modification: the thermal behavior of dopant ions[J]. Crystal Growth & Design, 2018, 18(9): 4860-4863.

[44] ISHIZUKI H, TAIRA T. High-energy quasi-phase-matched optical parametric oscillation in a periodically poled MgO∶LiNbO3device with a 5 mm×5 mm aperture[J]. Optics Letters, 2005, 30(21): 2918-2920.

[45] ISHIZUKI H, TAIRA T. Half-joule output optical-parametric oscillation SEP by using 10-mm-thick periodically poled Mg-doped congruent LiNbO3[J]. Optics Express, 2012, 20(18): 20002-20010.

[46] WEI D Z, WANG C W, WANG H J, et al. Experimental demonstration of a three-dimensional lithium niobate nonlinear photonic crystal[J]. Nature Photonics, 2018, 12(10): 596-600.

[47] WEI D, WANG C, XU X, et al. Efficient nonlinear beam shaping in three-dimensional lithium niobate nonlinear photonic crystals[J]. Nature Communications, 2019, 10(1): 4193.

[48] WANG D Z, SUN D H, KANG X L, et al. Periodically poled self-frequency-doubling green laser fabricated from Nd∶Mg∶LiNbO3single crystal[J]. Optics Express, 2015, 23(14): 17727-17738.

[49] LIU H Y, YU Y J, SUN D H, et al. 1514 nm eye-safe passively Q-switched self-optical parametric oscillator based on Nd3+-doped MgO∶PPLN[J]. Chinese Optics Letters, 2019, 17(11): 111404.