Niobate de lithium

Le niobate de lithium (LiNbO₃) ou niobiate de lithium est un composé chimique de niobium, de lithium et d'oxygène. C'est un matériau diélectrique solide incolore de structure cristalline trigonale. Il est transparent pour des longueurs d'onde entre 350 et 5 500 nanomètres, et sa bande interdite est de 4 eV. Son point de fusion est à 1 257 °C et sa masse volumique est 4,65 g·cm^-3. Son numéro CAS est 12031-63-9.

Identification
Niobate de lithium

Nom UICPA	Niobate de lithium
N^o CAS	12031-63-9
N^o ECHA	100.031.583
Propriétés chimiques
Formule	Li Nb O₃ [Isomères]
Masse molaire[1]	147,846 ± 0,003 g/mol Li 4,69 %, Nb 62,84 %, O 32,47 %,
Cristallographie
Système cristallin	Trigonal
Symbole de Pearson	$hR10\,$ [2]
Classe cristalline ou groupe d’espace	R3c (n°161) [2]

Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

Il peut être dopé par l'oxyde de magnésium qui augmente sa résistance aux dommages optiques quand il est dopé au-delà d'un certain seuil. D'autres dopants possibles sont le fer, le zinc, le hafnium, le cuivre, le gadolinium, l'erbium, l'yttrium, le manganèse et le bore, qui créent des sources optiques modulables par des tubes à ondes progressives.

Le niobate de lithium ne présente pas de symétrie par réflexion, et exhibe un effet Pockels. Sa biréfringence dépend fortement de la température : un ajustement précis de la température permet de contrôler un éventuel accord de phase.

De tels monocristaux élaborés par le processus de Czochralski ont des propriétés électro-optiques, piézoélectriques, photoélastiques et de non-linéarité optique étonnantes. Ils sont utilisés dans le doublage de fréquence, les cellules à effet Pockels, les oscillateurs paramétriques optiques, les lasers déclenchés, des instruments acousto-optiques, etc. Ce sont aussi d'excellents matériaux pour la fabrication de guides d'ondes optiques. Ce nombre impressionnant de propriétés en font un matériau de choix pour les applications en opto-électronique et en photonique, c'est pourquoi il est parfois comparé au silicium pour l'électronique.

Le niobate de lithium est largement utilisé dans le marché des télécommunications comme les téléphones mobiles et les modulateurs optiques de type Mach-Zehnder. Il peut parfois être remplacé par le tantalate de lithium, LiTaO₃.

Une autre application envisagée du niobate de lithium est le stockage holographique, basée sur l'endommagement optique réversible ou non du niobate de lithium, permettant ainsi de réaliser des mémoires holographiques de grande capacité.

Équation de Sellmeier

Voici les équations de Sellmeier du Niobate de lithium pur pour les axes ordinaires et extraordinaire :

$n_{o}(\lambda ,T)={\sqrt {4.9048+{\frac {117750.0+0.022314\,\left(T-24.5\right)\left(T+570.5\right)}{{\lambda }^{2}-\left(218.02-0.000029671\,\left(T-24.5\right)\left(T+570.5\right)\right)^{2}}}+0.000000021429\,\left(T-24.5\right)\left(T+570.5\right)-0.000000027153\,{\lambda }^{2}}}$ $n_{e}(\lambda ,T)={\sqrt {4.582+{\frac {99210.0+0.052716\,\left(T-24.5\right)\left(T+570.5\right)}{{\lambda }^{2}-\left(210.9-0.000049143\,\left(T-24.5\right)\left(T+570.5\right)\right)^{2}}}+0.00000022971\,\left(T-24.5\right)\left(T+570.5\right)-0.00000002194\,{\lambda }^{2}}}$

Notons que ces équations ne sont valables que pour des longueurs d'onde comprise entre 400 et 2 000 nm, et des températures entre 25 et 300 °C.

Voir aussi

Notes et références

Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
« The Ferroelectric LiNbO3 Structure », sur http://cst-www.nrl.navy.mil/ (consulté le 17 décembre 2009)

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[1] Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.

[CCMS-2] « The Ferroelectric LiNbO3 Structure », sur http://cst-www.nrl.navy.mil/ (consulté le 17 décembre 2009)