Voir la source de Niobate de lithium

{{Infobox Chimie
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Le '''[[niobate]] de lithium''' (LiNbO<sub>3</sub>) ou niobiate de lithium est un [[composé chimique]] de [[niobium]], de [[lithium]] et d'[[oxygène]]. 

== Caractéristiques physiques ==

[[File:Lithium Niobate Wafer.jpg|thumb|left|Un wafer de Niobate de Lithium.]]
C'est un matériau [[diélectrique]] solide incolore de [[structure cristalline]] [[système cristallin|trigonale]]. Il est transparent pour des [[longueurs d'onde]] entre 350 et {{nb|5500 [[nanomètre]]s}}, et sa [[largeur de bande interdite]] est de {{nobr|4 [[électron-volt|eV]]}}. Son point de [[fusion (physique)|fusion]] est à {{tmp|1257|°C}} et sa [[masse volumique]] est {{unité/2|4.65|g||cm|-3}}. Son [[numéro CAS]] est 12031-63-9.

Il peut être [[Dopage|dopé]] par l'[[oxyde de magnésium]] qui augmente sa résistance aux dommages optiques quand il est dopé au-delà d'un certain seuil{{Vague}}. 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 [[Tube à ondes progressives|tubes à ondes progressives]]<ref>{{Article|langue=en|prénom1=Ashish|nom1=Raturi|prénom2=Poornima|nom2=Mittal|prénom3=Sudhanshu|nom3=Choudhary|titre=Effect of metal doping on visible light absorption and optical properties of lithium niobate (LiNbO3) crystal: a first-principles calculation|périodique=Bulletin of Materials Science|volume=44|numéro=3|date=2021-09|issn=0250-4707|issn2=0973-7669|doi=10.1007/s12034-021-02527-x|lire en ligne=https://link.springer.com/10.1007/s12034-021-02527-x|consulté le=2025-02-23}}</ref>.

Le niobate de lithium ne présente pas de [[symétrie (transformation géométrique)|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]]{{Quoi|date=3 septembre 2024}}.

Les [[monocristal|monocristaux]] élaborés par le [[procédé de Czochralski|processus de Czochralski]] ont des propriétés [[effet électro-optique|électro-optiques]], [[piézoélectricité|piézoélectriques]], [[photoélasticité|photoélastiques]] et de [[optique non linéaire|non-linéarité optique]] particulières. Ils sont utilisés notamment dans le [[doublage de fréquence]], les cellules à [[effet Pockels]], les [[oscillateur paramétrique optique|oscillateurs paramétriques optiques]], les [[laser déclenché|lasers déclenchés]], des instruments [[Modulateur acousto-optique|acousto-optique]]s. Ce sont aussi d'excellents matériaux pour la fabrication de [[guide d'ondes|guides d'ondes]] optiques. C'est un matériau de choix pour les applications en [[opto-électronique]] et en [[photonique]], c'est pourquoi il est parfois comparé{{Par qui|date=3 septembre 2024}} au [[silicium]] pour l'[[électronique (technique)|électronique]]<ref>{{Chapitre|langue=en|prénom1=Michele|nom1=Manzo|prénom2=F.|nom2=Laurell|prénom3=V.|nom3=Pasiskevicius|prénom4=K.|nom4=Gallo|titre chapitre=Lithium Niobate: The Silicon of Photonics!|titre ouvrage=Nano-Optics for Enhancing Light-Matter Interactions on a Molecular Scale|éditeur=Springer Netherlands|date=2013|pages totales=421–422|isbn=978-94-007-5312-9|doi=10.1007/978-94-007-5313-6_42|lire en ligne=https://link.springer.com/10.1007/978-94-007-5313-6_42|consulté le=2025-02-23}}</ref>.

Le niobate de lithium est largement utilisé dans le marché des [[télécommunications]] comme les [[téléphone mobile|téléphones mobiles]] et les [[Effet électro-optique#Modulateurs électro-optiques|modulateurs optiques]] de type [[Interféromètre de Mach-Zehnder|Mach-Zehnder]]. Il peut parfois être remplacé par le [[tantalate de lithium]], LiTaO<sub>3</sub><ref>{{Lien web |langue=fr |titre=Stœchiométrie, Structure et Ingénierie des Contraintes dans les Couches Minces de LiNbO3 and LiTaO3 déposées par PI MOCVD |url=https://anr.fr/Projet-ANR-12-JS04-0008 |site=Agence nationale de la recherche |consulté le=2025-02-23}}</ref>.

Une autre application envisagée du niobate de lithium est le [[Mémoire holographique|stockage holographique]], basée sur l'endommagement optique réversible ou non du niobate de lithium, permettant ainsi de réaliser des mémoires holographiques de grande capacité<ref>{{Article|langue=en|prénom1=Ravinder Kumar|nom1=Banyal|prénom2=B. Raghavendra|nom2=Prasad|titre=Holographic recording in Fe:Ce:Ti doped LiNbO3 crystal|périodique=Optics Communications|volume=274|numéro=2|pages=300–306|date=2007-06|doi=10.1016/j.optcom.2007.02.029|lire en ligne=https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0030401807002027|consulté le=2025-02-23}}</ref>.

== Équation de Sellmeier ==
Les [[équation de Sellmeier|équations de Sellmeier]] du niobate de lithium pur pour les axes ordinaires et extraordinaire sont les suivantes :

<math>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}}
</math>
<math>
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}}
</math>

Ces équations ne sont valables que pour des longueurs d'onde comprise entre 400 et {{unité/2|2000|nm}}, et des températures entre 25 et {{tmp|300|°C}}.

== Niobate de lithium périodiquement polarisé (PPLN) ==
Le '''niobate de lithium périodiquement polarisé''' ('''PPLN''', de l'anglais ''Periodically poled lithium niobate'') est un cristal de niobate de lithium structuré, utilisé principalement pour obtenir un {{Lien|trad=Quasi-phase-matching|fr=quasi-accord de phase}} en [[optique non linéaire]]. Les domaines [[Ferroélectricité|ferroélectriques]] pointent alternativement vers la direction  ''+c'' et la direction ''−c'', avec une période typiquement comprise entre 5 et 35 [[micromètre|µm]]. Les périodes les plus courtes sont utilisées pour la [[génération de seconde harmonique]], tandis que les plus longues le sont pour l'[[Oscillateur paramétrique optique|oscillation paramétrique optique]]. La [[polarisation périodique]] peut être obtenue par polarisation électrique avec une électrode périodiquement structurée. Le chauffage contrôlé du cristal peut être utilisé pour ajuster finement l'[[accord de phase]] dans le milieu du fait d'une légère variation de la dispersion avec la température.

La polarisation périodique utilise la composante la plus importante du tenseur de susceptibilité non linéaire du niobate de lithium, d<sub>33</sub> = 27 pm/V. Le quasi-accord de phase donne une efficacité maximale qui vaut 2/π (64 %) de d<sub>33</sub>, soit environ 17 pm/V<ref>{{Article|langue=en|doi=10.1007/s003400100623|titre=Fabrication of periodically poled lithium tantalate for UV generation with diode lasers|journal=Applied Physics B|volume=73|numéro=2|pages=111–114|année=2001|nom1=Meyn|prénom1=J.-P.|nom2=Laue|prénom2=C.|nom3=Knappe|prénom3=R.|nom4=Wallenstein| prénom4=R.|nom5=Fejer|prénom5=M.M.|bibcode=2001ApPhB..73..111M|s2cid=119763435}}</ref>.

Les autres matériaux utilisés pour la [[polarisation périodique]] sont des cristaux inorganiques à large [[bande interdite]] tels que le [[titanyl phosphate de potassium|KTP]] (donnant le [[titanyl phosphate de potassium|KTP périodiquement polarisé]], [[PPKTP]]), le [[tantalate de lithium]] et quelques matériaux organiques.

La technique de polarisation périodique peut également être utilisée pour former des [[nanostructure]]s de surface<ref>{{Article |langue=en|titre=Surface nanoscale periodic structures in congruent lithium niobate by domain reversal patterning and differential etching |journal=Applied Physics Letters |volume=87 |numéro=23 |pages=233106 |année=2005 |doi=10.1063/1.2137877|bibcode=2005ApPhL..87w3106G |nom1=Grilli |prénom1=Simonetta |nom2=Ferraro |prénom2=Pietro |nom3=De Natale |prénom3=Paolo |nom4=Tiribilli |prénom4=Bruno |nom5=Vassalli |prénom5=Massimo |accès doi=libre }}</ref>{{,}}<ref>{{Article |langue=en|titre=Modulating the thickness of the resist pattern for controlling size and depth of submicron reversed domains in lithium niobate |journal=Applied Physics Letters |volume=89 |numéro=13 |pages=133111 |année=2006 |doi=10.1063/1.2357928| bibcode =2006ApPhL..89m3111F |nom1=Ferraro |prénom1=P. |nom2=Grilli |prénom2=S. }}</ref>.

Cependant, à cause de son faible seuil d'endommagement photoréfractif, le PPLN a seulement des applications limitées, à de faibles niveaux de puissance. Le niobate de lithium dopé au MgO est fabriqué selon la méthode de polarisation périodique. Le niobate de lithium dopé au MgO périodiquement polarisé (PPMgOLN) permet d'étendre le domaine d'utilisation à un niveau de puissance moyen.

== Voir aussi ==
=== Articles connexes ===
*[[Titanyl phosphate de potassium]]
*[[Bêta-borate de baryum]]

== Notes et références ==
{{Références}}

{{Palette|Composés du niobium|Composés du lithium}}
{{Portail|chimie|physique|optique}}

[[Catégorie:Niobate|lithium]]
[[Catégorie:Composé du lithium]]
[[Catégorie:Matériau optique non linéaire]]
[[Catégorie:Matériau ferroélectrique]]
[[Catégorie:Matériau piézoélectrique]]