基于分子内能量传递效应的掺铒聚合物光波导放大器特性研究

基本信息
批准号:61875170
项目类别:面上项目
资助金额:69.00
负责人:张丹
学科分类:
依托单位:厦门大学
批准年份:2018
结题年份:2022
起止时间:2019-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:张保平,应磊莹,杨静,郑志威,郑重明,吴谨照,詹鸿,毛文韬,林振盛
关键词:
光通信器件增益介质分子内能量传递
结项摘要

This proposal focuses on the design, preparation and physical effects of Erbium doped polymer optical waveguide amplifier based on intramolecular energy transfer mechanism between ligands and Erbium ions. The characteristic of the ligand which have a continuous absorption band in the UV-visible range and a large absorption cross section which is two orders of magnitude larger than the erbium ion’s at 980nm wavelength will be utilized. Through the intramolecular energy transfer mechanism between ligands and Erbium ions, the optical gain can be obtained at 1550 nm wavelength under pumped by the 380nm-450nm LEDs. The problem of energy upconversion and destructive damage of polymer devices caused by direct excitation of erbium ion with a high pump power at 980nm wavelength will be solved. The mechanism of intramolecular energy transfer will be clarified by combination of spectrum and electron microscope technologies. In order to analyze the regulation of gain performance, the theory model of the gain characteristic of optical waveguide amplifier will be constructed. The technological conditions of Erbium complex materials used for the fabrication of devices will be studied. The Erbium complex doped polymer waveguide amplifier with gain performance will be fabricated..The proposal can reduce the cost of commercial devices by using cheap LEDs instead of expensive 980 nm laser as the pump source. And also, the problem of optical waveguide amplifier can only be integrated with other optoelectronic devices in one dimension axial direction could be solved by vertical top pumping method. It is of great significance to realize the interconnection and integration of planar photonic devices.

本项目围绕基于分子内能量传递效应的掺铒聚合物光波导放大器的设计、制备及物理效应开展工作。利用配体在紫外可见波段具有连续吸收带和吸收截面大(比铒离子在980nm处本征吸收大两个量级)的特点,通过配体与铒离子分子内能量传递效应,实现380nm-450nm波段蓝紫光LED泵浦下第三标准通信窗口的光增益,解决大功率980nm激光器直接激发铒离子造成的能量上转换和聚合物器件的破坏性损伤问题。采用光谱、电镜等组合技术,解析配体与铒离子分子内能量传递机制,构建该机制下光波导放大器增益理论模型,分析增益性能调控规律,研究铒配合物材料的器件化工艺条件,制备出在1550nm波长处具有光增益的器件。.本项目利用廉价的蓝紫光LED替代昂贵的980nm激光器作为泵浦源,能够降低器件的商用化成本,采用顶端泵浦方式可以解决光波导放大器只能与其他光电器件集成在一维轴向的问题,对于实现平面光子器件的互联集成具有重要意义。

项目摘要

稀土掺杂光波导放大器作为补偿各类光损耗的重要光子器件,在集成光子芯片中应用广泛。本项目围绕基于分子内能量传递作用的掺铒聚合物光波导放大器的设计、制备以及增益性能理论研究开展工作。合成了三种具有高效近红外发光性能的掺铒聚合物材料:膦氧基铒配合物Er(DBTTA)3FDPO掺杂甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、三(四甲基庚二酮)铒Er(TMHD)3掺杂PMMA,以及NaYF4: Er3+, Yb3+ 纳米颗粒掺杂SU-8,分别设计并制备了适合材料的倏逝波型、有源矩形等结构的波导器件。利用有机配体、聚合物母体与稀土铒、镱离子间的分子内能量传递机制,在蓝紫光LED的泵浦下,在器件中分别实现了8.7dB/cm @ 1535 nm、6.7 dB/cm @ 1550 nm以及4.2 dB/cm @ 1550 nm的相对增益,并实现了1550 nm, 1064 nm( 1.7 dB/cm)和980 nm(2.1 dB/cm)三个波长的同步放大,详细讨论了有机配体、共掺离子与中心铒离子间的分子内能量传递机制,建立了一套蓝紫光泵浦下掺铒聚合物光波导放大器的增益理论模拟模型,分析了合作上转换系数、波导长度、Er3+离子浓度、重叠因子、信号光泵浦光吸收发射截面、Er3+离子亚稳态能级寿命等因素对光增益性能的影响。本项目的研究成果解决了传统激光器作为光波导放大器的泵浦源所造成的波导热损伤、商用化成本高等问题,对于推动聚合物光波导放大器在硅光互联与集成的产业化发展开辟了新方向。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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