吉林大学电子科学与工程学院 集成光电子学国家重点实验室，吉林 长春 130012
将掺铒纳米晶与甲基丙烯酸甲酯（MMA）单体共聚获得的复合聚合物可用作聚合物光波导放大器的增益介质。器件的增益性能与复合聚合物中的纳米粒子浓度密切相关。本文利用高温热分解法成功制备了尺寸均匀的β?NaLu50%Y30%F4∶18%Yb3+，2%Er3+纳米晶。纳米晶尺寸约16 nm，表面修饰有不饱和基团，因此可以与MMA共聚合得到纳米粒子?聚甲基丙烯酸甲酯（NPs?PMMA）纳米复合材料。通过将纳米粒子的掺杂浓度分别调整为0.1，0.15，0.25 mmol，制备了三组不同键合比例的复合聚合物。下转换发射光谱和透过光谱测试分析表明，随着键合的纳米晶浓度升高，复合聚合物发光强度逐渐提高，但近红外区的光透过率略微下降。使用这三组复合聚合物材料制备的倒脊型光波导放大器，在1 550 nm处，器件的相对增益分别为3，3.46，5.61 dB，插入损耗分别为19.20，25.00，26.53 dB。该结果说明，虽然高掺杂浓度的稀土纳米晶造成了散射损耗增加，却有效地提高了增益介质在C波段的发光强度和器件的相对增益。在本文实验中，增加纳米晶浓度带来的增益提高优于散射损耗的增加。
掺铒纳米晶 复合聚合物 键合比例 光波导放大器 erbium-doped nanocrystals composite polymer bonding ratio optical waveguide amplifier
厦门大学电子科学与技术学院（国家示范性微电子学院），福建 厦门 361005
将铕配合物Eu（DBM）3Phen掺杂在聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）中作为有源材料，分别采用铝掩膜结合电感耦合等离子体（ICP）刻蚀、一步光刻法制备了脊型和倏逝场型两种掺铕聚合物光波导放大器。采用405 nm蓝紫发光二极管（LED）泵浦，在653 nm波长处分别实现了1.9 dB/cm和1.5 dB/cm的相对增益。对掺杂Eu（DBM）3Phen的PMMA薄膜的紫外吸收、荧光发射以及荧光寿命进行了测量表征。结果表明，有机配体的分子内能量传递作用在LED泵浦下可以实现稀土铕离子由5D0能级到7F3能级的跃迁。
中国激光
2023, 50(2): 3788/CJL220574
1 深圳大学 电子科学与技术学院, 广东省微纳光机电工程技术重点实验室, 光电子器件与系统教育部/广东省重点实验室, 广东 深圳 518060
2 吉林大学 电子科学与工程学院, 集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实验区, 吉林省光通信用聚合物波导器件工程实验室, 吉林 长春 130012
为了克服主客掺杂型有源材料均匀性和稳定性差的问题, 采用键合掺杂方法, 将高温热解法制备的油酸修饰掺铒氟钇钠纳米晶粒与甲基丙烯酸甲酯发生共聚反应, 形成键合型有源芯层材料。纳米晶粒均匀固定在聚合物分子链上, 抑制了高浓度掺杂时的团聚析出且材料更稳定。纳米粒子在聚合物中的质量百分比达到约1wt%, 具有良好的成膜性, 用原子力显微镜照片观察薄膜表面粗糙度为1.76 nm。用椭偏仪测量薄膜光学性质, 并用柯西色散模型拟合出薄膜折射率随波长的变化关系, 材料在1 550 nm信号光波长的折射率为1.485。设计嵌入式波导结构, 采用有限元方法进行模式分析和计算光场强度分布。采用紫外光刻和感应耦合等离子体刻蚀工艺制备凹槽形下包层, 填充有源材料制备条形波导放大器。实验结果表明, 当1 550 nm信号光功率为0.1 mW, 1 480 nm泵浦光功率为390 mW时, 在1.2 cm长的样品中得到了3.58 dB的信号光相对增益。
光波导放大器 集成光学器件 聚合物 光增益 optical waveguide amplifier integrated optical devices polymer optical gain
集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实验区, 吉林大学 电子科学与工程学院, 吉林省光通信用聚合物波导器件工程实验室, 吉林 长春 130012
制作了基于KMnF3∶Yb3+,Er3+纳米晶材料的工作波长655 nm的聚合物平面光波导放大器。材料的吸收光谱表明, KMnF3∶Yb3+,Er3+纳米晶在980 nm附近有很强的吸收。在980 nm激光的激发下, 由于Er3+和Mn2+能级之间的能量传递, KMnF3∶Yb3+,Er3+纳米晶产生了很强的红色上转换发光。根据KMnF3∶Yb3+,Er3+纳米粒子的发光特性, 制备了KMnF3∶Yb3+,Er3+ NCs-PMMA复合材料, 用其作为芯层设计了掩埋形结构光波导放大器, 利用传统的半导体工艺完成器件制备。器件测试结果表明, 当655 nm信号光功率为0.1 mW、980 nm泵浦功率为260 mW时, 器件获得了2.7 dB的相对增益。
纳米粒子 聚合物 光波导放大器 上转换发光 nanocrtstals polymer optical waveguide amplifier upconversion emission
吉林大学电子科学与工程学院, 集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实验区,吉林省光通信用聚合物波导器件工程实验室, 吉林长春130012
通过理论模拟和计算对基于氟钇钠(NaYF4)∶镱(Yb3+), 铒(Er3+)纳米晶的聚合物光波导放大器在1.55 mm 处的增益特性进行了研究。分析中采用的波导芯层为NaYF4∶18％Yb3+,10％Er3+纳米晶掺杂的SU-8 2005聚合物，包层为P(MMAGMA)聚合物。通过测试和分析纳米晶材料的吸收光谱和荧光光谱，利用Judd-Ofelt理论计算出了相应的Judd-Ofelt参数：Ω2=6.302×10-20 cm2, Ω4=0.69×10-20 cm2, Ω6=7.572×10-20 cm2。通过求解原子速率方程与光功率传输方程模拟分析了波导放大器在1.55 μm 波长的增益特性，得到的增益曲线具有饱和效应，当Er3+离子浓度为7.5×1025 m-3时获得的最大增益为9.7 dB。以SiO2作为下包层，NaYF4∶Yb3+, Er3+纳米晶掺杂的SU-8 2005聚合物作为芯层，P(MMA-GMA)聚合物作为上包层，制备了聚合物光波导放大器，当波长为980 nm 的抽运光功率为170 mW、信号光功率为0.1 mW 时，器件获得的最大相对增益为3.42 dB/cm。
集成光学器件 光波导放大器 聚合物 光学学报
2015, 35(12): 1213001
吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实验区，吉林省光通信用聚合物波导器件工程实验室，吉林 长春 130012
采用高温热分解法合成了粒径约为10 nm的Li:YF4:Er,Yb纳米晶，将其掺杂入SU-8聚合物作为光波导放大器的有源层。以SiO2作为下包层，P(MMA-GMA)聚合物作为上包层，制备了Li:YF4:Er,Yb纳米晶掺杂SU-8聚合物平面光波导放大器。当980 nm波长抽运光功率为180 mW时，在1535 nm波长处获得了2.3 dB/cm的相对增益率。
光学器件 光波导放大器 Yb纳米晶 聚合物 相对增益
1 厦门大学信息科学与技术学院， 福建 厦门 361005
2 厦门微电子集成技术研究中心， 福建 厦门 361005
合成了铒镱共掺的三元配合物［Er1/2Yb1/2(HFA)3(TPPO)2］，并将其掺杂在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中，制备了铒镱共掺的聚合物光波导有源材料，对材料的吸收、发射特性进行了表征。在980 nm抽运光激发下，该配合物在1535 nm波长处的荧光半峰全宽为80 nm。针对该材料，建立了980 nm抽运光激发下的原子速率方程和光功率传输方程，理论计算了铒离子掺杂浓度、重叠积分因子、信号光发射截面等参数对铒镱共掺聚合物光波导放大器性能的影响。计算表明，当材料中铒离子的掺杂浓度为0.3×1020 cm-3时，在2 cm长的波导中可获得1.87 dB的光增益。
光通信 光波导放大器 增益 有机配合物 聚合物 中国激光
2012, 39(s1): s105003
吉林大学 电子科学与工程学院 集成光电子学国家重点联合实验室,长春 130012
采用油酸修饰的铒镱共掺氟化镧纳米颗粒掺杂的有机-无机杂化材料做为光波导放大器的有源层，同时采用光学性质良好的甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸环氧丙酯共聚物制作光波导的上下包层，首先说明了芯层材料不能刻蚀制备传统矩形波导的原因，其次设计了一种倒脊结构的平面光波导放大器，并采用蒸镀铝掩膜、紫外光刻和反应离子刻蚀等工艺，制备出放大器的样品，同时对样品端面进行了化学机械抛光处理，在信号光（1 550 nm）功率为1 mW的条件下，在1.9 cm长度的波导上获得了3.2 dB的相对增益.
平面光波导放大器 Yb纳米颗粒 倒脊型光波导 增益特性 Planar waveguide amplifier LaF3∶Er LaF3∶Er Yb Embedded ridge waveguide Gain characteristics
吉林大学电子科学与工程学院 集成光电子学国家重点联合实验室, 吉林 长春130012
采用微乳液法制备了LaF3∶Er,Yb纳米颗粒, 在有机-无机杂化材料中有良好的溶解性, 掺杂质量比可达到50%。通过TEM观察到纳米颗粒的粒径为6~10 nm;XRD的测试结果表明材料中形成了LaF3六方晶体结构;荧光发射谱的测试表明纳米颗粒的荧光半峰全宽为79 nm;通过时间相关单光子计数法测得铒离子4I13/2能级的寿命为100 μs。结合半导体工艺, 制备了嵌入条形结构的平面光波导放大器, 在信号光(1 550 nm)功率为0.2 mW, 泵浦光(980 nm)功率为188 mW的条件下, 在1.9 cm的样品上得到了3.2 dB的相对增益;同时分析了散射损耗随颗粒大小的变化关系。
Yb纳米颗粒 光波导放大器 能级寿命 相对增益 LaF3∶Er LaF3∶Er Yb nanoparticle waveguide amplifier relative gain lifetime
在铒镱共掺磷酸盐玻璃波导放大器系统的速率方程和传输方程中,考虑上转换效应,并引入描述波导中信号光和泵浦光光场相互作用的重叠因子,以此讨论前后双泵结构与单前泵结构中,Er/Yb共掺比、泵浦光和信号光功率、泵浦光模数等因素对信号光增益的影响,并得到信号光增益光谱和放大自发辐射光光谱.模拟结果表明,与单前向泵浦相比,相同功率条件下,前后双向泵浦中,泵浦功率密度低且均匀分布,上转换效应被有效抑制,1532nm处信号光增益增大约2dB/cm,放大自发辐射光总功率提高.前后双向泵浦同样可以减弱多模泵浦光对增益的负面影响.数值模拟结果与实验值基本一致.
光波导放大器 铒镱共掺磷酸盐玻璃 双向泵浦 重叠因子
