为提高聚合物光波导放大器的增益性能,利用高温法合成了Ba Lu F5∶Yb3+,Er3+纳米晶,并分别对纳米晶的形貌、晶体结构和近红外发射特性进行了表征。测试结果表明,纳米晶平均粒径为13 nm,并在1 530 nm处具有较强的发射,荧光半高宽为50 nm。将合成的纳米晶掺杂入SU-8聚合物作为光波导放大器的芯层材料,使用光刻显影等工艺,在表面长有二氧化硅的硅衬底上制备出了聚合物光波导放大器。当980 nm波长泵浦光功率为280 m W、信号光波长为1 530 nm且功率为0.1 m W时,在长度为1.1 cm的光波导放大器中,获得了3.95 d B的相对增益。
通过理论模拟和计算对基于氟钇钠(Na YF4)∶镱(Yb^(3+)),铒(Er^(3+))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Na YF4∶18%Yb^(3+),10%Er^(3+)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=6.302×10-20cm2,Ω4=0.69×10-20cm2,Ω6=7.572×10-20cm2。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1.55μm波长的增益特性,得到的增益曲线具有饱和效应,当Er^(3+)离子浓度为7.5×1025m-3时获得的最大增益为9.7 d B。以Si O2作为下包层,Na YF4∶Yb^(3+),Er^(3+)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 m W、信号光功率为0.1 m W时,器件获得的最大相对增益为3.42 d B/cm。
制作了基于KMnF_3∶Yb^(3+),Er^(3+)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,KMnF_3∶Yb^(3+),Er^(3+)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Er^(3+)和Mn2+能级之间的能量传递,KMnF_3∶Yb^(3+),Er^(3+)纳米晶产生了很强的红色上转换发光。根据KMnF_3∶Yb^(3+),Er^(3+)纳米粒子的发光特性,制备了KMnF_3∶Yb^(3+),Er^(3+)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 m W、980 nm泵浦功率为260 m W时,器件获得了2.7 d B的相对增益。
