掺钕聚合物平面光波导放大器的基础研究
【摘要】光波导放大器作为一种对光信号放大的器件,可以弥补光信号传输过程中产生的损耗,在光纤通信、集成光电子学和集成光学领域都有广阔的应用前景。掺杂稀土元素的光波导放大器是近年来的研究热点。钕(Nd3+)离子的荧光波段主要在900nm、1060nm和1330nm波长处,在激光材料和光通信领域有巨大的应用潜力。本文主要研究了掺钕聚合物平面光波导放大器,具体工作如下：1、合成了钕配合物Nd(TTA)3(TPPO)2(HTTA:2-thenoyltrifluoroacetone,TPPO:triphenylphosphineoxide),将其分别掺杂到PMMA(Polymethylmethacrylate)和SU-8聚合物中,制备了Nd(TTA)3(TPPO)2/PMMA、Nd(TTA)3(TPPO)2/SU-8有源聚合物材料,测量了掺杂材料的吸收光谱和荧光光谱,通过Judd-Ofelt理论计算了Nd(TTA)3(TPPO)2/PMMA材料的发光性能参数；建立掺钕聚合物的速率方程和传输方程,理论模拟了Nd(TTA)3(TPPO)2/PMMA光波导放大器的增益特性。计算表面：当Nd3+离子掺杂浓度为0.5×1020cm-3,泵浦光波长为800nm、功率为80mW时,放大器在1060nm处可获得4.25dB/cm的理论增益；探讨了Nd3+离子掺杂浓度、信号光发射截面、泵浦光吸收截面、荧光寿命等参数对器件增益性能的影响。2、研究了聚合物波导的制备工艺,设计工艺流程分别制备了脊型和嵌入型两种结构的Nd(TTA)3(TPPO)2/PMMA和Nd(TTA)3(TPPO)2/SU-8聚合物光波导放大器,对脊型SU-8波导和脊型、嵌入型Nd(TTA)3(TPPO)2/SU-8波导放大器器件的形貌进行了表征。3、搭建了增益测试测试系统,分别测试了脊型SU-8波导和脊型、嵌入型Nd(TTA)3(TPPO)2/SU-8波导放大器及脊型Nd(TTA)3(TPPO)2/PMMA波导放大器的通光性能,得到了良好的近场输出光斑；解决了1064nnm波长信号光与800nm波长泵浦光的耦合输入问题,对脊型Nd(TTA)3(TPPO)2/SU-8波导放大器的增益进行了测试,当输入信号光波长为1064nnm功率为4mW,在波长为800nm、功率120mW的泵浦光作用下,Nd3+离子掺杂浓度NNd=0.586×1020cm-3时,在1.2cm长的器件上于1.06μm波长处得到了0.35dB的增益,即获得了0.29dB/cm的增益。
【作者】黄晓亮；
【导师】张丹；
【作者基本信息】厦门大学，集成电路工程，2014，硕士
【关键词】Nd3+离子；聚合物；光波导放大器；
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