快重离子辐照石榴石晶体波导光放大器的制备及性能机理研究

Heavy swift ion irradiation is an important waveguide fabrication method. The lattice of crystal could be modified through heavy ion irradiation process, which would change the refractive index distribution of crystal and finally form the waveguide structure. Based on this structure, we could fabricate integrated waveguide optical amplifiers. Rare earth doped garnet crystal has excellent fluoresce properties and can be used as the host material for optical amplifiers. In this project, we try to use heavy swift irradiation technology to fabricate waveguide optical amplifiers based on rare earth doped garnet crystal. This project will discuss topics below. 1) the mechanism of fluorescence properties variation induced by heavy swift irradiation. 2) the variation of refractive index modified by ion beam. 3) the optical signal amplify in the waveguide. This work is significance for the analysis of interaction mechanism between crystal and ion beam and will expand the application area of ion beam technology.

快重离子辐照是一种重要的光波导制备技术。在晶体材料中，晶体的结构可以通过快重离子辐照进行调制，改变晶体的折射率分布，形成微米级的光波导结构。基于该波导结构，可以制备体积小、集成度高的光波导光放大器。稀土离子掺杂的石榴石晶体，具有优良的光学性质，是制作光放大器的优良介质。本项目使用快重离子辐照技术，在稀土元素掺杂石榴石晶体中，制作光波导光放大器。探讨快重离子辐照条件对稀土元素掺杂石榴石晶体结构、荧光性质的调制机理；研究快重离子辐照条件对光波导光放大器性质的影响；力图得出最佳的，使用快重离子辐照技术制备光波导光发大器的方案。该研究结果将扩展离子束技术的应用领域，对研究离子束与晶体相互作用的机理有重要意义。

光放大器是光纤通信系统中，对光信号进行放大的一种有源光学器件。现有的光纤光放大器，以稀土元素掺杂光纤作为增益介质，所需光纤长达数米或数十米，体积较大不利于集成。本项目证明，离子束技术可以用于制备光波导光放大器，实现光信号放大，其增益介质长度仅为数毫米。与光纤光放大器相比，离子束技术制备的光波导光放大器，具有高集成度、高增益等特点，在光纤通讯领域，具有潜在应用潜力。.我们使用快重离子辐照、聚焦质子束直写等离子束技术，在稀土元素掺杂石榴石晶体内制备了多种光波导结构，系统的探讨了离子辐照条件对稀土元素掺杂石榴石晶体结构、荧光性质的调制机理；基于稀土元素掺杂石榴石光波导结构分别实现1064nm脉冲光、O光通讯波段和C光通讯波段光信号放大，最大增益系数为10dB，光波导长度仅为4mm。该研究结果将扩展离子束技术的应用领域，对研究离子束与晶体相互作用的机理有重要意义。