基于铒掺杂纳米晶的高增益聚合物光波导放大器

基本信息
批准号:61475061
项目类别:面上项目
资助金额:84.00
负责人:王菲
学科分类:
依托单位:吉林大学
批准年份:2014
结题年份:2018
起止时间:2015-01-01 - 2018-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:王希斌,郑克志,马春生,吴志发,张永玲,顾洪军,张美玲,王天娇,尹姣
关键词:
光波导放大器铒掺杂纳米粒子聚合物硅狭缝波导平面光子集成
结项摘要

Erbium doped waveguide amplifiers (EDWA) based on polymers have found nemrous applications in many fields as photonic integrated circuits and short-distance optical communication systems for their easy-to-integrate with silicon devices, easy processing and potential low cost. The next issue to be solved is how to realize high gain polymer EDWAs. However, at present, the net gain of polymer EDWA is still quite low, and its stability and reliability are not good, which make the present devices unsuitable for real applications. In this proposal, the applicant proposes to investigate high gain polymer EDWA by combining rare earth ions doped luminescent nanocrystals with polymer optical waveguide technology, and address issues of the effects of the type of doped ions, the doping concentration, the size and structure of nanocrystals, the doping concentration of nanocrystals in polymers, the parameters of optical waveguides and the loss on the performance of polymer EDWA, design and fabrication of erbium doped fluoride nanocrystals with high luminescence efficiency, good dispersity, high solubility in polymers, design and fabrication of polymer optical waveguides with low loss. One target of this application is to investigate optical properties and luminescence dynamics of rare earth ions doped nanocrystals and clarify the physical principles for strong 1.53 microns fluorescence. The other is to obtain polymer EDWAs with a net gain of more than 15 dB. Successful demonstration of the targets in this application will place our group at the forefront of international research in the fields of EDWAs, with an opportunity to the development of novel organic opto-electronic devices.

基于有机聚合物材料的掺铒光波导放大器(EDWA)具有适于硅基集成、工艺简单、制作成本低等特点,在平面光子集成和短距离光通信系统中有着重要的应用。但目前相关器件的增益较小,稳定性和可靠性都较差,其距离实际应用有很大差距。本项目提出将稀土掺杂纳米发光技术与聚合物光波导技术相结合用于实现高增益聚合物EDWA,主要研究器件性能提升中的基础问题和关键技术。拟通过研究稀土掺杂纳米晶的发光光谱及动力学性质,阐明铒离子1.53微米发光增强的物理实质;设计和合成发光效率高、在聚合物中分散性好和掺入量高的掺铒氟化物纳米晶;设计与制备低损耗的聚合物光波导;系统研究掺杂离子种类、掺杂浓度、纳米晶的尺寸与晶相、纳米晶在聚合物中的掺入量、光波导结构参数、光波导损耗等对器件性能的影响,解决影响器件增益、稳定性和可靠性的关键科学问题,确定获得高增益器件的基本技术途径,研制出净增益超过15 dB的硅基聚合物光波导放大器。

项目摘要

基于有机聚合物材料的掺铒光波导放大器(EDWA)具有适于硅基集成、工艺简单、制作成本低等特点,在平面光子集成和短距离光通信系统中有着重要的应用。本项目提出将稀土掺杂纳米发光技术与聚合物光波导技术相结合研制高增益聚合物EDWA,主要研究器件性能提升中的基础问题和关键技术。在本项目的资助下,我们设计和合成出了在近红外通讯波段和可见光波段发光效率高、在聚合物中分散性好和掺入量高的掺铒氟化物纳米晶;利用受激辐射理论和光波导模式理论设计了光波导放大器的结构并理论分析了影响光波导放大器增益特性的因素;利用在纳米粒子表面修饰不饱和基团与有机聚合物前驱体共聚的新方法,合成了一种新型的高掺杂稀土纳米粒子的有机聚合物,解决了制约器件增益、稳定性和可靠性的纳米粒子掺杂方式和掺杂浓度的问题,实验研制出相对增益29.2dB、净增益15.1dB的硅基聚合物光波导放大器。完成了本项目提出的预期目标。项目资助期间,在本项目资助下,共发表研究论文成果41篇,其中SCI收录36篇,国内学术会议邀请报告2个,国内会议论文4篇;授权发明专利9项,申请发明专利2项;培养博士研究生4人,硕士研究生10人,其中毕业博士研究生3人,硕士研究生7人,承办国内学术会议4次。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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