一、Er~(3+):Yb~(3+)共掺玻璃波导放大器及其应用(论文文献综述)
刘雨婷[1](2021)在《铒镱共掺NaYF4纳米晶的下转换发光性质及在EDWA中的应用研究》文中进行了进一步梳理伴随着时代的不断发展和进步,通信技术渗透至人们日常生活的脚步逐渐加快,传统的电通信模式越来越不能实现人们对高速、稳定通信的需求。这一需求的出现促进了光通信技术的发展,但光在长距离传输过程中产生的损耗问题无法避免,因此能够对信号损耗进行补偿的光放大器成为了光网络系统的核心。掺铒光纤放大器(Erbium Doped Fiber Amplifier:EDFA)因其低的损耗、宽的频带以及高的增益等优点得到了广泛应用,但通信中光纤长度至少以米为数量级,使其在短距离通信和平面光子集成中应用困难,掺铒光波导放大器(Erbium Doped Waveguide Amplifier:EDWA)逐渐成为研究焦点。EDWA的基质主要分为无机和有机聚合物两种,与无机基质相比,有机聚合物基质材料成本低、制备工艺简单且易于集成,因此广大学者将研究风向逐渐聚焦在有机聚合物光波导放大器上。在有机聚合物EDWA中,铒离子4I13/2能级上的电子向基态4I15/2能级的跃迁会发出波长为1530 nm的光子,刚好与光通信网络的低损耗通信窗口1530~1565nm相对应。在基质中掺入Yb3+作为敏化剂时,可缓解由于Er3+浓度过高产生的浓度猝灭,有效降低器件的泵浦阈值功率,实现器件在更小的泵浦光功率下产生更高的增益性能。基于这些理论模型,本论文合成了一系列不同Er3+、Yb3+掺杂浓度的NaYF4:Er3+,Yb3+纳米晶,系统研究了Er3+、Yb3+掺杂浓度对纳米晶下转换发光性质的影响,并利用优化后的纳米晶材料实现了在光波导放大器中的应用。论文利用高温热分解法合成了9种不同Er3+、Yb3+浓度的NaYF4:Er3+,Yb3+纳米晶,并表征了纳米晶的粒子形貌,可见纳米晶粒径均匀、形貌清晰无团聚;测试了吸收光谱和发射光谱,经分析,Yb3+掺杂浓度相同时,随Er3+浓度的提高,吸收强度和发射强度先增强再逐渐减弱。当Er3+、Yb3+在纳米晶中的掺杂浓度分别为2%、18%时,NaYF4:Er3+,Yb3+纳米晶获得最强的吸收和发射强度以及最大的发射光谱的半高全宽,为62.5 nm。将合成优化后的NaYF4:2%Er3+,18%Yb3+纳米晶均匀分散在SU-8聚合物中,在硅片上旋涂成膜,利用椭偏仪测试出芯层材料的折射率;并设计制备了矩形波导结构,该器件下包层为Si O2基片、芯层材料为掺杂NaYF4:2%Er3+,18%Yb3+纳米晶的SU-8光刻胶、上包层为PMMA聚合物。利用COMSOL软件模拟了波导截面的光场分布,利用Matlab软件模拟了铒离子掺杂浓度、重叠积分因子及信号光功率等参数对器件增益性能的影响。用旋涂、光刻、湿法腐蚀等半导体工艺制备了聚合物光波导放大器,搭建光波导耦合平台测试了器件增益性能,在信号光波长1525 nm,功率0.1 m W,980 nm泵浦光功率为400 m W时,7 mm长的器件获得最大相对增益为2.44 d B,单位最大相对增益为3.49 d B/cm。
符越吾[2](2020)在《基于NaYF4:Er3+,Yb3+纳米晶的损耗补偿聚合物波导功率分束器研究》文中指出光通信是一种基于光波载波的通信方式,自20世纪70年代以来,随着人们对通信的要求愈加强烈,光通信因其具有的传输容量大、中继距离长、保密性能好等优点获得了突飞猛进的发展,并成为了通信行业的重要支柱。在光通信网络中,存在着大量的平面光电子集成器件,如光调制器、光开关、复用/解复用器等,它们作为光网络的构成基础,正随着光网络的发展而快速发展。这些光电子器件在工作过程中会不可避免地产生损耗,如果不对此进行补偿,就会大幅降低信号的传输距离、增加误码率。光放大器是一种可以通过泵浦源激励对信号光进行放大的光学器件,能够实现对器件损耗的补偿功能,掺铒光波导放大器作为光放大器的一种,兼具体积小、增益高的特点,在集成光学中得到了广泛的应用。掺铒光波导放大器有着易于集成的特点,但是当插入独立的光放大单元时,其他功能器件的使用空间会不可避免的降低。如果可以让光学器件在实现基础功能的同时,还能够通过具有增益特性的波导材料对自身的损耗进行补偿,就可以在降低器件损耗的同时浪费芯片的使用空间。本论文提出采用具有光放大性能的掺杂聚合物作为集成波导器件的芯层制备Y分支功率分束器,在不占据多余空间的前提下,通过泵浦光的作用使器件具有补偿自身损耗的功能,是一种解决器件芯片空间使用效率和插入损耗这一矛盾的有效方法。论文设计并制备了基于NaYF4:Er3+,Yb3+纳米晶的倒脊形聚合物光波导放大器。采用高温热分解法制备了NaYF4:Er3+,Yb3+纳米晶,并对其吸收谱、发射谱、粒子形貌等方面进行了表征;根据表征得到的参数,利用Matlab、COMSOL等软件对器件的增益特性及光功率分布进行了模拟仿真;将纳米晶均匀分散在SU-8光刻胶中作为波导芯层材料,PMMA聚合物和SiO2分别作为器件的上下包层,采用半导体工艺制备了倒脊形结构的聚合物光波导放大器。测试结果显示,当1530 nm信号光功率为0.1 mW,980 nm泵浦光功率为267.7 mW时,器件获得的最大相对增益为3.5 dB。在光波导放大器的研究基础上,论文提出并实现了一种基于NaYF4:Er3+,Yb3+纳米晶的具有损耗补偿功能的聚合物Y分支功率分束器。根据材料性能,利用Rsoft、COMSOL等软件对器件结构参数进行了优化设计,并模拟仿真了器件中的光场传输。以纳米粒子掺杂的SU-8聚合物作为芯层材料,刻蚀SiO2作为下包层,PMMA聚合物作为上包层,通过光刻、刻蚀、旋涂等工艺制备了器件。经测试,器件两分支的插入损耗约15 dB,当输入1530 nm信号光功率为0.05 mW时,980 nm泵浦光功率267.7 mW下两分支波导分别获得了5.81 dB和5.41 dB的损耗补偿特性。论文最后针对光纤隔离器在集成光芯片上使用受到限制的问题设计并模拟了一种能够进行残余泵浦光解复用的集成波导结构。根据波导的定向耦合理论和光波导设计理论,优化设计出泵浦光解复用器的波导宽度、高度、间距等参数。模拟结果显示,该结构可以对980 nm泵浦光激发的1550 nm和540 nm两种放大器实现输出端泵浦光解复用功能。通过将该结构集成在波导放大器或损耗补偿器件的输出端,可以将输出波导中的泵浦光与信号光解复用,以避免残余泵浦光对器件性能测试的影响。
康世亮[3](2020)在《近/中红外光纤激光用稀土离子掺杂微晶玻璃光纤制备及其光学性能研究》文中提出光纤激光器作为第三代激光技术的代表具有激光输出功率高、光学转换效率高、波长可调谐、稳定性好、小型化、集约化等优势,在现代通信、高速信息网络、工业加工、生物医学等高新技术领域发挥着至关重要的作用。在构成光纤激光器的三要素中,增益介质占据核心地位。目前,研究的大部分增益光纤是以玻璃基质为载体。由于其弱的晶体场效应,所产生的激光性能在波长、功率和转换效率等方面已达到瓶颈状态。因此,开发新型的增益光纤材料是当前迫切需要解决的问题。微晶玻璃结合了玻璃良好的可塑性、组分和光学性能可调、低的传输损耗和晶体强大的晶体场、尺寸可控性、优异的发光性能等特性,用于光纤激光器增益介质将展现出独特的优势。本论文首先通过查阅文献调研了微晶玻璃光纤的可控制备方法—管内熔融法。然后,根据此方法的工作原理设计、优化、拉制了一系列不同稀土离子掺杂的透明微晶玻璃光纤。最后,对所制备的光纤展开激光性能的研究并探索其在单频光纤激光器、超短脉冲光纤激光器以及中红外光纤激光器等领域的潜在应用。基于实验探究和理论分析,取得了一系列创新性研究成果,具体内容总结如下:(1)Yb3+掺杂氟氧化物微晶玻璃光纤的制备及~1.0μm超短脉冲激光性能研究。该实验从芯包层组分设计、微晶玻璃光纤制备工艺、光纤结构表征到脉冲激光性能等方面进行了系统的探索,并率先在微晶玻璃光纤中实现了超短脉冲锁模激光输出。基于芯包层材料良好匹配的热和光学性能,所制备的光纤表现出完好的波导结构并且没有发生明显的元素迁移现象。热处理后纤芯中均匀析出Na YF4纳米晶,为Yb3+提供了良好的配位环境,从而促使光学性能得到显着增强。通过搭建光学测试平台在微晶玻璃光纤中实现了阈值为70 m W,斜率效率为30.0%的1064 nm激光输出。进一步利用被动锁模技术获得了脉宽为8.1 ps,重复频率为56.92 MHz的超短脉冲激光输出。(2)Er3+掺杂氟氧化物微晶玻璃光纤的制备及1.55μm单纵模激光性能研究。该实验利用纳米晶复合玻璃材料的优势在微晶玻璃光纤中获得了增强的激光输出并在此基础上进一步实现了高光束质量的单频激光输出。根据管内熔融法制备原理设计并拉制了结构良好的Er3+/Yb3+共掺单模氟氧化物微晶玻璃光纤。热处理后,在纤芯区域中均匀析出KYF4纳米晶,并通过分子动力学模拟阐述了纤芯玻璃结构的演变过程。由于晶化后激活离子优先进入到低声子能量的KYF4晶格中,抑制了多声子非辐射弛豫,因此在微晶玻璃光纤中获得了增强的1.55μm激光输出。此外,通过采用线性短腔结构,在微晶玻璃光纤中进一步实现了线宽为7.4 k Hz,相对强度噪声为-141.8 d B Hz-1的单频激光输出。(3)Tm3+掺杂碲酸盐微晶玻璃光纤的制备及~2μm激光性能研究。该实验以改善~2μm激光性能为目的,进行了基于微晶玻璃光纤的激光性能研究。通过组分设计、Tm3+最佳掺杂浓度、管内熔融法光纤制备工艺等一系列探索,制备了含有Bi2Te4O11纳米晶的微晶玻璃光纤。结构测试表明光纤具有完整的芯包结构和良好的连续性。得益于纳米晶较强的晶体场效应,在微晶玻璃光纤中获得了增强的1950 nm激光输出,斜率效率由8.8%增加到14.1%。此外,通过进一步采用被动锁模技术在微晶玻璃光纤中实现了调Q脉冲激光输出,并结合理论分析阐述了脉冲激光输出机理。(4)Er3+/Ho3+共掺氟氧化物微晶玻璃光纤的制备及~3μm宽带发光性能研究。该实验主要通过稀土离子掺杂设计和有效的能量传递,在低声子能量的氟氧化物微晶玻璃光纤中获得了~3μm宽带中红外荧光输出。首先优化Er3+和Ho3+掺杂浓度并结合荧光强度和衰减寿命变化以及能级示意图系统分析了Er3+、Ho3+之间的能量传递机理。然后利用管内熔融法可控制备了含有Na YF4纳米晶的微晶玻璃光纤,芯包层结构保持良好,没有发生明显的元素扩散现象。最后通过搭建光路测试了微晶玻璃光纤的中红外荧光输出性能。由于晶化后Er3+和Ho3+进入到低声子能量的Na YF4晶体中,在微晶玻璃光纤中探测到增强的中红外荧光输出,而在高声子能量的前驱体玻璃光纤中没有探测到明显的中红外荧光信号。基于Er3+和Ho3+之间有效的能量传递,引入Ho3+不仅改善了2.7μm发光,而且将发光范围由2.6-2.82μm拓宽到2.6-2.95μm。此外,我们进一步利用理论模拟计算演示了微晶玻璃光纤在中红外光纤激光领域的潜在应用。
汪威威[4](2020)在《1560nm窄线宽单频光纤激光器及其倍频研究》文中研究指明1.5μm波段单频光纤激光器具有k Hz量线宽、高光学信噪比、良好光束质量和紧凑的全光纤结构等优势,已经成为相干光通信、分布式光纤传感、太赫兹波以及高分辨率光谱学等领域的研究热点。特别是1560 nm窄线宽单频光纤激光器,通过倍频产生780nm单频激光,对应铷原子的D2吸收线,可应用于量子信息存储、高分辨率激光雷达、高精度频标以及激光冷却等前沿领域。但是由于1560 nm单频光纤激光器本身较高的强度噪声导致倍频产生的780 nm激光的噪声性能欠佳,这限制了其应用系统的分辨率和精细度,并且倍频过程对基频光功率有较高要求,低功率下难以实现较高的倍频转换效率。在1560 nm窄线宽单频激光放大过程中,受限于较大的量子亏损、严重的自发辐射(ASE)和较低的受激布里渊(SBS)阈值,要实现大功率输出仍存在较大困难。针对以上存在的问题,本论文围绕1560 nm窄线宽单频光纤激光器及其倍频展开研究,具体的研究内容和取得的研究成果如下:(1)基于自主设计的1560 nm DBR短腔单频光纤激光种子源,采用三级全保偏光纤放大器级联的MOPA结构,其中功放级采用大模场铒镱共掺双包层光纤作为增益介质,提高了系统的SBS阈值;采用940 nm多模LD作为泵浦源的非吸收峰值泵浦方案,提高了EYDFA中Er3+-Yb3+的量子转换效率和ASE阈值,并且降低了热效应,实现了功率为52 W、线宽小于4 k Hz、信噪比大于64.6 d B、斜率效率为43%的高功率1560 nm线偏振单频激光输出;在1.0-1.1μm和1.5μm附近没有产生明显的ASE。此外,通过对后向回光的监测,判断系统仍未达到SBS阈值,功率仍然有上涨的空间。(2)基于外腔单程的空间倍频结构,使用高损伤阈值的Mg O:PPLN晶体作为倍频晶体,利用自主研制的高功率1560 nm线偏振单频光纤激光器作为基频光源,在较高的倍频转效率下实现了高功率780 nm单频激光输出。在1560 nm基频光功率为32.5W时,获得了信噪比大于52.4 d B、最大功率为6.4 W的高功率780 nm单频激光输出,对应的单程倍频转化效率为19.7%,Mg O:PPLN的最佳准相位匹配温度为115.0℃,温度半高全宽为4.8℃。(3)基于半导体光放大器(SOA)的非线性放大效应对1560 nm单频激光器(基频光源)的强度噪声进行了有效抑制,获得了宽频带近量子噪声极限的强度噪声抑制效果,采用全光纤耦合的波导式PPLN作为倍频晶体,实现了全光纤结构的低噪声780 nm单频激光输出,其中心波长为780.24 nm、信噪比大于55 d B、最大输出功率为340 m W,对应的倍频转换效率为19.5%;在0.1-5 MHz频段内的相对强度噪声(RIN)小于-151d B/Hz,接近量子噪声极限(-152.93 d B/Hz@780 nm,1 m W)。
毛文韬[5](2019)在《基于分子内能量传递机制的掺稀土元素有机光波导放大器研究》文中进行了进一步梳理目前,基于光纤通信技术已构建了全球化的全光通信网络,但是,长距离的光纤通信会导致光信号的损耗,因此,在全光通信网络中需要一种能够放大光信号的器件,即光放大器,这种器件能够将损耗后的信号放大为正常信号。在光放大器中,掺稀土元素的平面光波导放大器具备制作工艺简单、集成化高、增益性能强的特点,成为近年来的研究热点。光波导放大器一般采用980nm或808nm等波长的半导体激光器作为泵浦源,根据稀土离子对这些泵浦波长的本征吸收来实现粒子数反转,从而产生增益。而采用稀土离子配合物材料制备的平面光波导放大器,可利用有机配体在200nm-450nm波长处具有连续、较强吸收带的特点,将低功率、低成本的LED光源替代价格昂贵的半导体激光器作为泵浦源,降低了器件应用的成本,可望得到广泛的应用。本文提出了将有机配体与中心稀土离子之间的分子内能量传递作用应用于平面光波导放大器的理论与实验可能性,对Yb-DPE(二季戊四醇镱)和Yb-DBT(二苯并噻吩镱)两种掺镱配合物材料和一种掺铒配合物材料ErQ3(三(8-羟基喹啉)铒)进行了吸收、发射、成膜等特性研究,探讨了基于分子内能量传递作用的掺稀土元素有机光波导放大器的制作工艺。具体工作如下:1.根据有机配体Q(8-羟基喹啉)与Er3+离子之间的分子内能量传递机制,建立了掺铒有机光波导放大器中的原子速率方程和光功率传输方程,基于重叠积分因子和龙格-库塔法对方程进行简化,计算出模拟增益,结果表明:当波导长度为2cm,波导横截面大小为3.6×10-11m2时,在350 nm LED激发下,当泵浦光功率为1mW时,可开始产生增益,当泵浦光功率达到3.5mW时,理论上可获得5.4dB的光增益。2.对掺铒配合物ErQ3粉末进行了紫外可见近红外吸收光谱和350nm波长LD激发下的荧光光谱表征,结果证明铒配合物ErQ3存在分子内能量传递机制,配体能够将吸收的蓝紫外波段的光能量传递给中心Er3+离子,实现1535nm波长信号光的放大。制备了铒配合物ErQ3掺杂的甲基丙烯酸甲酯(PMMA)有机聚合物薄膜,对薄膜的吸收光谱进行了表征。3.根据有机配体DBT(二苯并噻吩)和DPE(二季戊四醇)与Yb3+离子之间的分子内能量传递机制,建立了掺镱有机光波导放大器中的原子速率方程和光功率传输方程,理论计算出材料的增益性能,结果表明:当波导长度为2cm,波导横截面大小为3.6×10-11 m2时,在405nm LED激发下,当泵浦光功率达到1.5mW时,可开始产生增益,当泵浦光功率达到6mW时,理论上可获得5.1dB的光增益。4.制备了两种掺杂镱配合物Yb-DBT和Yb-DPE的甲基丙烯酸甲酯(PMMA)有机薄膜,对这两种镱配合物的粉末和薄膜的紫外可见近红外吸收光谱和405nm LD和LED激发下的荧光光谱进行了表征。结果表明DBT和DPE两种配体与中心Yb3+离子之间存在分子内能量传递机制,材料可望实现980nm近红外波段的光放大。5.研究了镱配合物、铒配合物材料的器件化条件,分别设计并制备了适合材料的嵌入型光波导,搭建了测试系统,获得了信号光在波导输出端的近场光斑。
张美玲[6](2018)在《稀土掺杂聚合物-SOI光波导放大器的研究》文中提出近年来,硅基光子学的研究得到了飞速发展,多用途的无源和有源硅基纳米光子器件在多个领域展现出巨大应用前景,受到国际学术界和产业界的极大关注。其独特优势在于,可利用现有的微电子互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺来实现大规模、低成本、低功耗的光电集成。基于与CMOS兼容的工艺,可以制作出高折射率差、低损耗的紧凑型硅波导和氮化硅波导。同时,基于绝缘体上硅(SOI)波导和氮化硅(Si3N4)波导体系,已研制出硅基调制器、滤波器、波分复用器以及探测器等各种功能器件。但挑战仍然存在,大规模的片上集成器件存在一定的损耗,限制器件性能同时增加了传输信号的误码率,因此片上光波导放大器的需求日益迫切。然而硅是间接带隙半导体,硅本身不能单独完成高效集成光学互连的使命,因此,与其他有源材料集成是非常必要的。铒掺杂的聚合物材料具备制备工艺简单,种类多样、折射率差易于调整,易于实现高密度大规模集成等优势,是与绝缘体上硅(SOI)波导和氮化硅(Si3N4)波导集成制备光波导放大器的良好选择。目前报道的聚合物材料的光波导放大器的增益结果都不甚理想,这主要是由于:无机稀土离子与有机聚合物的物理掺杂方式限制了稀土离子的掺杂浓度,波导内光场密度低,因此新型的掺杂方式和波导结构亟待被开发。针对这一问题,本论文对高增益、低阈值泵浦功率、结构紧凑的SOI-铒掺杂聚合物混合集成光波导放大器进行了系统研究。主要开展的工作及创新点如下:1、粒径均一、小尺寸的纳米颗粒可以均匀分散于聚合物中,从而降低了光的散射损耗,但是小尺寸纳米粒子的比表面积比较大,大量的表面缺陷和表面活性剂分子很容易导致荧光中心无辐射跃迁而使荧光猝灭。针对这一问题,本文采用在纳米粒子表面包覆活性壳层(壳层中含有敏化剂Yb3+)的方法提高铒镱共掺纳米粒子在1.53μm发光强度。探索异质壳核诱导方法,合成了核-壳结构的α-NaYF4/β-NaLuF4:Yb3+,Er3+纳米粒子,通过透射电子显微镜观察,纳米粒子形貌良好,分散均匀,包覆壳层前后,纳米粒子的粒径分别为13 nm和21nm。这是本文在材料方面的一个创新点。2、在对纳米粒子进行光学改性研究的基础上,为了进一步提高增益,本文采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方法制备一种新型高掺杂稀土纳米粒子的有机聚合物:NaYF4/NaLu F4:Yb,Er NCs-PMMA键合型复合材料。与传统物理掺杂相比,Er3+的掺杂浓度提高了一个数量级,同时,也改善了材料的稳定性。分别对α-NaYF4/β-Na Lu F4:Er3+,Yb3+NCs-PMMA材和α-NaLu F4NCs-PMMA两种材料的红外发射光谱分别进行了测试,纳米粒子包覆壳层后的荧光发射强度较α-NaLuF4提升了近6倍,荧光光谱的半高宽也得到了展宽,为62 nm。将这种新型聚合物材料作为增益介质用于高增益聚合物光波导放大器的制备是本文在材料方面的重要创新点。3、采用NaYF4/NaLu F4:Yb,Er NCs-PMMA键合型复合材料作为波导的芯层制备倒脊型光波导放大器。基于有限差分法对波导放大器的单模条件及光功率占比进行计算。建立了980 nm泵浦的铒镱共掺七能级系统模型,通过分析将其简化,获得原子速率方程和光功率传输方程。通过对有源芯层材料吸收光谱及发射光谱的测试,结合Judd-Ofelt理论,对增益特性模拟所需参数进行了计算。结合Matlab软件编程,对波导放大器的增益特性进行了精确分析。优化了波导的长度、信号光及泵浦光的输入功率等关键参数。我们采用传统的半导体工艺制备了器件并对其增益性能进行了测试。在1.3 cm长的器件上,当信号光功率为0.1 mW,泵浦光功率为400mW时,获得了29.2 dB的相对增益,此时器件的传输损耗为5.3±0.3 dB/cm,光纤与波导端面耦合损耗为3.6 dB。经计算,该器件的净增益为15.1 dB,为目前报道的在聚合物波导放大器上获得的最大增益值。4、提出将增益聚合物填充到狭缝波导中制备新结构的光波导放大器。狭缝波导可以将电场集中限制在纳米尺度的低折射率狭缝中,狭缝区域内的光场密度很高,比常规微米尺度矩形介质波导的光场密度高近20倍,这将提高信号光、泵浦光与增益介质的相互作用。该结构对于提高放大器的增益性能和降低泵浦光的阈值功率具有重要价值,是本文在器件结构设计方面的一个创新点。基于电磁场本征方程及其有限差分形式,通过全矢量有限差分方法对SOI狭缝波导的模式进行了分析。合成了NaYF4:10%Er3+NCs-PMMA材料,将其填充至SOI狭缝波导中作为增益材料,结合波导的重叠积分因子及有效截面积对波导的尺寸进行了优化,硅波导高度为250 nm,宽度为222 nm,狭缝宽度为100 nm。建立了1480 nm泵浦的Er3+四能级跃迁模型,对基于SOI狭缝结构的光波导放大器增益性能进行了分析;对芯层材料的折射率、荧光光谱和吸收光谱进行了表征,结合J-O理论对模拟所需的参数进行了计算;结合增益特性对波导关键参数进行了优化,当信号光功率为0.001 mW,泵浦功率为20 mW时,在1.5 cm长的波导上可获得5.78 dB的净增益。为了降低传输损耗,引入低损耗的Si3N4狭缝波导,通过相同的理论分析方法对Si3N4狭缝波导进行尺寸优化,优化的Si3N4高度为400 nm,宽度为400 nm,狭缝宽度为200 nm。理论计算表明,当波导传输损耗为3dB/cm时,在6cm长度器件可获得8.2d B净增益。上述研究为波导放大器提供了新的思路及方向。
尹姣[7](2016)在《基于核壳结构铒镱共掺纳米晶的聚合物光波导放大器研究》文中进行了进一步梳理近年来,掺铒光波导放大器(EDWA)因其结构小型化、易于集成等优势成为光放大器领域里一个新的研究热点。基于有机聚合物材料的EDWA具有适用于硅基集成、工艺简单等特点,在短距离光通信系统中有着重要的应用前景。论文通过理论模拟对基于Na YF4:Er3+,Yb3+纳米晶的掺杂型聚合物光波导放大器在1.55μm处的增益特性进行了研究。通过分析纳米晶的吸收光谱和荧光光谱,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。对基于Na YF4:Er3+,Yb3+纳米晶的掺杂型聚合物光波导放大器进行了制备及测试,当980nm波长的泵浦光功率为170m W且1550nm波长的信号光功率为0.1m W时,器件获得了3.4d B/cm的相对增益。为了克服传统的物理掺杂方式中纳米晶在聚合物基质中容易发生团聚、掺杂浓度低、器件稳定性较差等缺点,论文中利用Na Lu F4:Er3+,Yb3+纳米晶和具有核壳结构的Na YF4/Na Lu F4:Er3+,Yb3+(核/壳)纳米晶分别合成了键合型的Na Lu F4:Er3+,Yb3+NCs-PMMA纳米复合材料和Na YF4/Na Lu F4:Er3+,Yb3+NCs-PMMA纳米复合材料,并对纳米晶的晶体结构及近红外发射特性进行了表征。将上述两种材料分别作为波导芯层材料,采用填充凹槽的方式制备了倒脊型结构的聚合物光波导放大器。当1530nm波长的信号光功率为0.1m W,980nm波长的泵浦光功率为160m W时,基于Na Lu F4:Er3+,Yb3+NCs-PMMA和Na YF4/Na Lu F4:Er3+,Yb3+NCs-PMMA的波导放大器分别获得了5.8d B/cm以及7.9d B/cm的相对增益。
李彤[8](2012)在《铒镱共掺有机聚合物平面光波导放大器的优化设计与制备》文中研究指明掺铒光波导放大器(Erbium Doped Waveguide Amplifier: EDWA)兼具掺铒光纤放大器(Erbium Doped Fiber Amplifier: EDFA)的偏振串扰无关性、低噪声指数等优点,及体积小型、结构紧凑的重要优势,可以与其他光波导器件集成在一起构成高效的集成光学系统。是继EDFA以后又一极具发展前途的光放大器。无机基质EDWA已经拥有了商用化的器件,但是工艺复杂周期长,设备昂贵,难以与其他光波导器件集成,EDWA的集成优势难以体现。有机基质EDWA具有价格低廉,制备工艺简单,折射率易调节,易于集成(尤其是与其他聚合物光波导器件集成)的优点,可以弥补无机EDWA的不足。但是其自身也存在着技术难题:无机稀土离子在有机体中的掺杂量和铒离子发光量子效率难以提高。本论针对两个主要技术难点,结合器件结构设计,对有机聚合物平面光波导放大器展开了一系列研究工作。主要内容与工作创新点如下:1.基于980nm泵浦下的Er-Yb共掺六能级跃迁模型,结合原子速率方程和前向泵浦下的光功率传输方程,使用重叠积分简化方法对器件进行增益特性的理论分析。采用Judd-Ofelt理论计算表征材料发光性能参数;采用基于插值的有限差分法,结合有效折射率法,用Matlab编程,更精确的分析波导模式特性,并获得模场分布。2.针对有机基质中Er荧光寿命短,发光量子效率较低这一问题,采用简单地共沉淀法合成油酸(Oleic acid:OA)修饰的LaF3:Er, Yb纳米颗粒,采用有机改性前驱体基于sol-gel法制备有机无机杂化材料。对材料进行红外光谱分析、元素分析等一系列表征。纳米颗粒粒径约8nm,荧光寿命约100μs(La:Er:Yb=85:3:12),与有机无机杂化材料(Organic/Inorganic Hybrid Materials:OIHM)的5%失重温度都在300℃以上,OA-LaF3:Er,Yb纳米颗粒以33wt.%比例掺杂OIHM,获得了平整的薄膜,用Judd-Ofelt理论计算其理论亚稳态能级寿命达到13.34ms。用自行搭建的近场光斑测试系统及增益测试系统,对该掺杂材料制作的嵌入式波导放大器进行测试。器件通光性良好,121mW泵浦光下,在2.9cm长的波导器件中,获得3.69dB(Ps=1mW)、3.89dB(Ps=0.5mW)和4.11dB(Ps=0.2mW)的相对增益,小信号光获得了较大增益;在一个1.9cm长的波导器件中,观察到:相对增益由抛光前的2.2dB提高到抛光后的3.2dB(Ps=1mw,Pp=188mW),抛光后泵浦效率提高。模拟计算铒镱共掺光波导放大器(Erbium-Ytterbium Co-Doped Waveguide Amplifier: EYCDWA)的增益特性。讨论了在确定的结构下Er3+离子掺杂浓度、重叠积分因子、信号光和泵浦光功率,波导长度及Er3+离子亚稳态能级寿命对增益的影响。3.为了优化器件结构,我们尝试对芯包层共同掺杂型(Core-cladding doped)波导放大器的增益特性进行分析,并将之与单芯层掺杂型(Core doped)波导放大器对比。获得结论:Core-cladding doped型波导在一定芯区厚度内,起到了提高增益的作用,但是泵浦效率较低;峰值浓度明显降低,易通过改变浓度来提升器件性能。根据材料特性和波导结构对芯包层的要求,选用具有紫外热光漂白效应的SU-8为基质材料,取高温热分解法制备的发光能力更强的OA-NaYF4:Er,Yb纳米颗粒为掺杂剂。OA-NaYF4:Er,Yb纳米颗粒粒径约为15nm,具有更好地无机晶格,上转换及下转换发光都更强,在SU-8中的掺杂量可以适当降低,从而确保SU-8的交联度。利用我们摸索的SU-8一般工艺条件与光漂白的工艺条件,制作了OA-NaYF4:Er,Yb纳米颗粒掺杂SU-8的Core doped型及Core-claddingdoped型光波导,由于SU-8低损耗特性,获得良好通光效果。在1.5cm长的Coredoped型波导中获得相对增益2.08dB(Ps=1mW,Pp=170mW)。这种Core-claddingdoped型波导为提高波导放大器的增益特性提供思路。4.针对主客掺杂型材料分散能力及掺杂均匀性有限的问题,合成并表征了一种可以直接旋涂成膜的铒/镱共掺可溶性配合物Er1.2Yb0.8(PBa)6(Phen)2材料(PBa为4-戊基苯甲酸,Phen为一水合1,10-邻菲啰啉),Er含量提高到10.9wt.%(OA-LaF3:Er, Yb掺杂OIHM中Er含量1.1wt.%)。其薄膜吸收光谱与一般主客掺杂薄膜形成鲜明对比,几乎没有基质材料的背景吸收,特征吸收峰非常清晰。粉末和薄膜的光致发光光谱的峰值都在1535nm处左右,荧光半高宽约80nm。可溶性配合物薄膜中稀土元素质量百分比高达18.4wt.%,由于存在阻碍干法气体刻蚀的问题,我们仍然采用嵌入式结构,制备嵌入式光波导放大器。在一个1.5cm长的SU-8包层波导中得到相对增益5.20dB (Ps=0.3mW,Pp=140mW);一个2.2cm长的PMMA薄片表面的嵌入式波导中得到相对增益2.52dB (Ps=0.2mW,Pp=170mW)。针对与实验结合最紧密的四种不同上下包层组合结构及非理想刻蚀情况进行分析,结果表明:芯包折射率差大和折射率差小,可以得到大小相当的增益;折射率差大时,单模工艺难度大,但泵浦效率高;上下包层折射率差大且波导芯尺寸小时,光场向上包分散,增益下降,可考虑上包掺杂型;实验中常出现的侧向刻蚀情况会导致增益性能下降,应尽量避免。5.针对高芯区折射率波导分析中凸显出的增益与泵浦效率的竞争问题,引入低芯区折射率波导——狭缝波导。首先分析了狭缝波导的基本特性:狭缝波导的平均光强系数γ比一般的高折射率波导高出两个量级,设计中可不用考虑;狭缝波导对波长不敏感。讨论狭缝宽wS、Si侧壁宽wH及Si侧壁高hSi对重叠积分因子Γ的影响关系,确定狭缝波导尺寸。建立1480nm泵浦下四能级跃迁模型,分析一般高折射率波导中,包括掺杂浓度、激发态吸收、合作上转换、信号光和泵浦光传输损耗、信号光和泵浦光功率、波导有效截面积以及重叠积分因子对该系统增益特性的影响,发现对于确定的材料参数,最佳泵浦强度Ip-sat近似为定值。于是可以由狭缝波导不同尺寸得到对应的最佳泵浦功率,从而计算对应最大增益;利用多层狭缝大幅度提高Γ,指出狭缝个数以34层为宜。本论文分别采用具有油酸修饰的纳米颗粒(OA-LaF3:Er,Yb和OA-NaYF4:Er,Yb)和Er/Yb共掺可溶性配合物制作了聚合物平面光波导放大器。综合无机纳米核良好的稀土发光环境,及可溶性配合物直接旋涂成膜的思路,有望探索出更具优势的有源材料,为制作出具有高净增益的聚合物光波导放大器奠定基础。
张杰[9](2012)在《特殊波段钾钠离子交换锗酸盐玻璃波导放大器》文中研究表明在光纤通讯系统中,近红外区800到1625nm波长范围已经被广泛应用于数据的传输。其中800到850nm波段属于第一通讯窗口(FWW),已经广泛的应用于早期的多模光纤的传输,但由于该波段内损耗较高和色散较大的因素制约了其应用。近年来随着局域网络和光纤到用户网络的迅猛发展,第一通讯窗口在短距离光通信领域的应用再次引起人们的研究热情。1470nm属于S-波段,并且位于传统Er3+放大器的短波段带边,可用于新波光学放大器的研发。Tm3+由于具有典型的1470,1800nm和800nm的近红外荧光发射,因而在红外光学放大器的研发方面备受关注。红外光学放大器大多基于正常的斯托克斯上转化,而对于FWW波段来说,反斯托克斯上转换起了主导作用。迄今为止,稀土掺杂的硅酸盐,铝锗硅酸盐和氟化物玻璃已经被广泛的研究,别被成功应用于制备光纤放大器,并且在FWW波段取得了显着增益。随着高集成度大容量光通讯的要求,许多研究热情向高增益,高集成,多通道的波导器件方向集中。此外由于上转换的特点,使得上转换发射谱带峰较为平滑,且杂乱峰较少,这些优点是得上转换波导放大器更具吸引力。基于这种考虑,我们设计合成了Tm3+掺杂低声子能量锗酸盐玻璃,测试解析了Tm3+在其中的光学和光谱特性,在Tm3+掺杂锗酸盐玻璃表面采用离子交换法制备了条形光波导,并对其信号增益能力进行了系统的表征和研究,为Tm3+、Pr3+和Ho3+掺杂锗酸盐玻璃制备特殊波段信号放大器奠定基础。本工作取得了以下成果:1.合成制备了Tm3+/Yb3+共掺23Na2O3MgO22Al2O352GeO2-1.0wt.%Tm2O3-2.0wt.%Yb2O3玻璃。根据Judd-Ofelt理论对吸收光谱进行拟合,求得了Tm3+的强度参数,并进一步计算了Tm3+离子各能级跃迁的振子强度、自发辐射跃迁概率、辐射寿命和荧光分支比等光谱参数。在974nm激发下,Tm3+在NMAG玻璃中在可见区和红外区产生有效发射,通过对氧化物玻璃中无辐射弛豫速率的研究表明锗酸盐玻璃是获得Tm3+:3H43H6辐射跃迁的良好基质材料。2.在Tm3+/Yb3+掺杂NMAG表面制备了K+-Na+离子交换条形光波导,对其信号放大能力进行了系统研究,结果表明表明Tm3+/Yb3+掺杂NMAG玻璃是一种极具前景的第一通讯窗口用波导放大器材料。3.合成制备了Tm3+掺杂NMAG玻璃。根据Judd-Ofelt理论对吸收光谱进行拟合,求得了Tm3+的强度参数并进一步计算了Tm3+离子各能级跃迁的振子强度、自发辐射跃迁概率、辐射寿命和荧光分支比等光谱参数。在794nm激发下,Tm3+掺杂NMAG玻璃中在红外区产生有效发射。4.在Tm3+掺杂NMAG表面制备了K+-Na+离子交换条形光波导,对其信号放大能力进行了系统研究。本文研究研究表明NMAG玻璃是优良的制备特殊波段玻璃波导放大器的基底材料,Tm3+/Yb3+共掺NMAG玻璃波导是一种高效的应用于第一通讯窗口(800~850nm)的波导放大器;Tm3+掺杂NMAG玻璃在S-波段和U-波导放大器方面极具应用潜力。
林峰[10](2010)在《稀土掺杂磷酸盐玻璃有源光纤的研究》文中指出掺铒光纤放大器(EDFA)是光纤通信系统中非常重要的器件,它不需要光电转换,直接实现了对光信号的放大。传统的EDFA,由于石英玻璃中能够掺杂的Er3+离子浓度较低,为了获得高功率的输出,一般都是通过增加掺铒光纤的长度。这样又会使得整个光纤放大器系统成本增高、体积变得庞大。随着光子集成技术的发展,这种缺陷也就更明显的凸现出来。本论文针对以上所出现的问题,采用对稀土离子溶解度非常高的磷酸盐玻璃作为纤芯材料来制备Er3+/Yb3+共掺磷酸盐玻璃光纤。详细的分析了Er3+-Yb3+共掺系统的能级结构和相关的能级跃迁。通过能级的简化与分析,建立了描述模场在光纤中的分布及光纤放大器的最大增益与模场关系的方程,代入具体的光纤参数后,就能够得到一系列具有指导意义的数值。本论文根据实际需要设计出了磷酸盐基质玻璃的配方,采用高温熔融法制备出一系列具有不同Er3+/Yb3+比例配方的Er3+-Yb3+共掺磷酸盐玻璃。经过吸收光谱和荧光光谱的测试,发现掺入Yb3+离子之后,玻璃对980nm波段的光吸收大幅度提高,并且随着Yb3+离子浓度的增加,吸收增强。当掺入Er3+离子浓度为2.35×1020ions·cm-3、Er3+/Yb3+比例为1:8时,共掺磷酸盐玻璃的荧光强度最好。根据吸收和荧光光谱的测试结果,利用J—O理论计算了不同Er3+/Yb3+比磷酸盐玻璃Ω2、Ω4、Ω6的值及4I13/2→4I15/2跃迁的辐射几率、荧光寿命等,并分析了玻璃的组分变化对于Ω2、Ω4、Ω6的影响。根据制备出来的Er3+/Yb3+共掺磷酸盐玻璃的各种参数,设计出了芯径为6um、内包层为62.5um、外包层为125um、纤芯数值孔径为0.16、包层数值孔径为0.45的双包层Er3+/Yb3+共掺磷酸盐玻璃光纤。使用OptiSystem光纤放大器设计软件对所设计的5cm长的Er3+/Yb3+共掺双包层光纤进行模拟分析,在1.534um波长处得到了3.51dB/cm的净增益。所设计的双包层光纤放大器具有良好的信号光放大性能。
二、Er~(3+):Yb~(3+)共掺玻璃波导放大器及其应用(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、Er~(3+):Yb~(3+)共掺玻璃波导放大器及其应用(论文提纲范文)
(1)铒镱共掺NaYF4纳米晶的下转换发光性质及在EDWA中的应用研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 光波导放大器简介 |
1.2 光波导放大器的分类 |
1.2.1 无机光波导放大器 |
1.2.2 有机聚合物光波导放大器 |
1.3 光波导放大器的研究进展 |
1.3.1 无机光波导放大器的研究进展 |
1.3.2 有机聚合物光波导放大器的研究进展 |
1.4 本论文的主要研究内容 |
第2章 Er~(3+)、Yb~(3+)共掺光波导放大器的理论基础 |
2.1 Er~(3+)、Yb~(3+)共掺系统介绍 |
2.1.1 稀土元素 |
2.1.2 Er~(3+)、Yb~(3+)的能级结构 |
2.1.3 Er~(3+)、Yb~(3+)的跃迁模型 |
2.2 EDWA基本结构 |
2.3 Er~(3+)、Yb~(3+)共掺光波导放大器的理论模型 |
2.3.1 原子速率方程 |
2.3.2 光功率传输方程 |
2.4 Judd-Ofelt理论 |
第3章 NaYF_4:Er~(3+),Yb~(3+)纳米晶的合成与优化 |
3.1 纳米晶合成方法简介 |
3.1.1 微波辐射法 |
3.1.2 共沉淀法 |
3.1.3 水热/溶剂热法 |
3.1.4 原位水热法 |
3.1.5 高温热分解法 |
3.2 NaYF_4:Er~(3+),Yb~(3+)纳米晶的制备 |
3.2.1 反应试剂及工具 |
3.2.2 纳米晶制备流程 |
3.3 NaYF_4:Er~(3+),Yb~(3+)纳米晶的表征及分析 |
3.4 本章小结 |
第4章 Er~(3+)、Yb~(3+)共掺聚合物光波导放大器的设计制备 |
4.1 聚合物光波导放大器的结构设计 |
4.2 聚合物光波导放大器的增益特性模拟 |
4.3 聚合物光波导放大器的制备及测试 |
4.3.1 聚合物光波导放大器的制备 |
4.3.2 聚合物光波导放大器的测试 |
4.4 本章小结 |
第5章 总结 |
参考文献 |
作者简介 |
致谢 |
(2)基于NaYF4:Er3+,Yb3+纳米晶的损耗补偿聚合物波导功率分束器研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 光波导放大器 |
1.2 掺铒光波导放大器 |
1.2.1 无机光波导放大器 |
1.2.2 有机聚合物光波导放大器 |
1.3 具有损耗补偿功能的光波导器件 |
1.4 论文研究内容 |
第二章 铒镱共掺光波导放大器的工作原理 |
2.1 Er~(3+)、Yb~(3+)共掺光波导放大器的工作原理和基本结构 |
2.1.1 Er~(3+)、Yb~(3+)的能级结构和放大原理 |
2.1.2 光波导放大器的结构与工作原理 |
2.2 Er~(3+)、Yb~(3+)共掺光波导放大器增益性能的模拟计算 |
2.2.1 原子速率方程 |
2.2.2 光功率传输方程 |
2.3 Judd-Ofelt理论 |
第三章 基于铒镱共掺纳米晶的聚合物光波导放大器 |
3.1 NaYF_4:Er~(3+),Yb~(3+)纳米粒子的合成与表征 |
3.2 波导放大器结构设计 |
3.3 波导放大器增益特性模拟 |
3.4 波导放大器的工艺制备 |
3.5 波导放大器性能测试 |
3.6 本章小结 |
第四章 基于铒镱共掺纳米晶的损耗补偿聚合物波导功率分束器 |
4.1 具有损耗补偿特性器件的研究背景 |
4.2 Y分支波导功率分束器的设计与模拟 |
4.3 Y分支波导功率分束器的制备 |
4.4 Y分支波导功率分束器的性能测试 |
4.5 本章小结 |
第五章 光波导放大器输出端的泵浦光解复用器结构设计 |
5.1 光波导的定向耦合 |
5.1.1 定向耦合理论 |
5.1.2 倒脊形波导的耦合系数 |
5.2 器件设计与模拟 |
5.2.1 泵浦光解复用器件设计 |
5.2.2 解复用器中传输特性模拟 |
5.3 本章小结 |
第六章 总结 |
参考文献 |
个人简介及科研成果 |
致谢 |
(3)近/中红外光纤激光用稀土离子掺杂微晶玻璃光纤制备及其光学性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 近/中红外光纤激光器概述 |
1.1.1 光纤激光器研究意义 |
1.1.2 稀土离子的能带结构和发光特性 |
1.1.3 光纤激光产生机理 |
1.1.4 近/中红外光纤激光器研究进展 |
1.2 高功率高重复频率锁模光纤激光器 |
1.2.1 锁模光纤激光器研究意义 |
1.2.2 锁模光纤激光基本机理 |
1.3 窄线宽低噪声单频光纤激光器 |
1.3.1 单频光纤激光器研究意义 |
1.3.2 单频光纤激光基本机理 |
1.4 微晶玻璃光纤 |
1.4.1 微晶玻璃光纤的研究现状 |
1.4.2 微晶玻璃光纤面临的挑战及展望 |
1.5 本论文的课题来源和研究意义 |
1.5.1 课题来源 |
1.5.2 研究意义 |
1.6 本论文研究的主要内容 |
第二章 样品制备及表征 |
2.1 实验原料和来源 |
2.2 实验样品制备仪器和方法 |
2.2.1 样品制备仪器 |
2.2.2 样品制备方法 |
2.3 实验样品测试表征 |
2.3.1 热分析 |
2.3.2 热膨胀系数 |
2.3.3 玻璃和光纤折射率 |
2.3.4 电子探针 |
2.3.5 X射线衍射 |
2.3.6 拉曼光谱 |
2.3.7 扫描电子显微镜 |
2.3.8 透射电子显微镜 |
2.4 光学性能表征方法 |
2.4.1 吸收/透过光谱 |
2.4.2 发射光谱和荧光衰减曲线 |
2.4.3 光纤损耗 |
2.4.4 脉冲激光光谱 |
2.4.5 单频激光光谱 |
2.5 本章小结 |
第三章 Yb~(3+)掺杂氟氧化物微晶玻璃光纤的制备及~1.0μm超短脉冲激光性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 实验过程 |
3.3 实验结果与讨论 |
3.4 本章小结 |
第四章 Er~(3+)掺杂氟氧化物微晶玻璃光纤的制备及1.55μm单纵模激光性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验过程 |
4.2.1 样品制备 |
4.2.2 理论计算和模拟 |
4.3 实验结果与讨论 |
4.4 本章小结 |
第五章 Tm~(3+)掺杂碲酸盐微晶玻璃光纤的制备及~2μm激光性能研究 |
5.1 引言 |
5.2 实验过程 |
5.3 实验结果与讨论 |
5.4 本章小结 |
第六章 Er~(3+)/Ho~(3+)共掺氟氧化物微晶玻璃光纤的制备及~3μm宽带光学性能研究 |
6.1 引言 |
6.2 实验过程 |
6.3 实验结果与讨论 |
6.4 本章小结 |
第七章 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 展望 |
参考文献 |
攻读博士学位期间取得的研究成果 |
致谢 |
附件 |
(4)1560nm窄线宽单频光纤激光器及其倍频研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 单频光纤激光器谐振腔的典型结构 |
1.3 高功率1.5μm单频光纤激光器的研究进展 |
1.4 1560nm光纤激光倍频生成780nm单频激光的研究进展 |
1.5 本课题的研究目的及意义 |
1.6 本课题的研究内容及论文结构 |
第二章 高功率1560nm线偏振单频光纤激光器研究 |
2.1 1.5 μm波段单频光纤放大器面临的技术难点 |
2.2 铒镱共掺光纤的能级结构 |
2.3 非吸收峰值的泵浦方案 |
2.4 高功率1560nm线偏振单频光纤激光器的研究 |
2.4.1 1560nm线偏振单频光纤激光种子源 |
2.4.2 高功率1560nm线偏振单频光纤激光器 |
2.5 本章小结 |
第三章 基于空间倍频结构的高功率780nm单频激光器研究 |
3.1 倍频原理及准相位匹配技术分析 |
3.1.1 倍频原理 |
3.1.2 相位匹配方式 |
3.1.3 准相位匹配技术及周期极化晶体 |
3.2 基于空间倍频结构的高功率780nm单频激光器研究 |
3.2.1 实验装置 |
3.2.2 实验结果与分析 |
3.3 本章小结 |
第四章 基于全光纤结构的低噪声780nm单频激光器研究 |
4.1 基于SOA的强度噪声抑制原理 |
4.2 基于全光纤结构的低噪声780nm单频激光器研究 |
4.2.1 实验装置 |
4.2.2 实验结果与分析 |
4.3 本章小结 |
结论与展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间取得的研究成果 |
致谢 |
附件 |
(5)基于分子内能量传递机制的掺稀土元素有机光波导放大器研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 光放大技术 |
1.2 光放大器的分类 |
1.3 掺稀土元素光波导放大器的分类以及国内外研究进展 |
1.3.1 掺稀土元素无机光波导放大器 |
1.3.2 掺稀土元素无机光波导放大器的国内外研究进展 |
1.3.3 掺稀土元素有机光波导放大器 |
1.3.4 掺稀土元素有机光波导放大器的研究进展 |
1.4 本论文完成的主要工作 |
第二章 掺铒有机光波导放大器的理论基础与制备表征 |
2.1 基于分子内能量传递机制的掺铒有机光波导放大器的工作原理 |
2.1.1 Er~(3+)离子的能级结构及跃迁特性 |
2.1.2 基于分子内能量传递机制的掺铒有机光波导放大器的工作原理和结构 |
2.2 基于分子内能量传递机制的掺铒有机光波导放大器的理论模型 |
2.2.1 配体分子基团与Er~(3+)离子原子速率方程 |
2.2.2 光功率传输方程 |
2.3 增益性能理论分析 |
2.3.1 Er~(3+)离子浓度与光波导放大器增益的关系 |
2.3.2 Er~(3+)离子自发辐射几率与增益性能的关系 |
2.3.3 泵浦光功率与增益性能的关系 |
2.3.4 信号光发射截面与增益性能的关系 |
2.3.5 信号光吸收截面与增益性能的关系 |
2.3.6 有机配体吸收与发射截面与增益性能的关系 |
2.3.7 重叠积分因子与增益性能的关系 |
2.4 铒配合物的吸收、发射特性 |
2.5 铒配合物与聚甲基丙烯酸甲酯的复合与性能表征 |
第三章 掺镱有机光波导放大器的理论基础与制备表征 |
3.1 基于分子内能量传递机制的掺镱有机光波导放大器的工作原理 |
3.1.1 Eb~(3+)离子的能级结构及跃迁特性 |
3.1.2 基于分子内能量传递机制的掺镱有机光波导放大器的工作原理和结构 |
3.2 基于分子内能量传递机制的掺镱有机光波导放大器的理论模型 |
3.3 增益性能理论分析 |
3.3.1 Yb~(3+)离子浓度与增益性能的关系 |
3.3.2 Yb~(3+)离子自发辐射几率与增益性能的关系 |
3.3.3 泵浦光功率与增益性能的关系 |
3.3.4 信号光吸收截面与增益性能的关系 |
3.3.5 信号光发射截面与增益性能的关系 |
3.3.6 重叠积分因子与增益性能的关系 |
3.4 镱配合物的吸收、发射特性 |
3.5 镱配合物与聚甲基丙烯酸甲酯的复合与性能表征 |
第四章 基于分子内能量传递机制的掺稀土元素有机光波导放大器制备与测试 |
4.1 基于分子内能量传递机制的掺稀土元素有机光波导放大器制备 |
4.2 器件测试与表征 |
第五章 总结与展望 |
5.1 本论文主要内容总结 |
5.2 进一步研究的问题与展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读硕士学位期间发表的论文 |
(6)稀土掺杂聚合物-SOI光波导放大器的研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 光波导放大器的重要性 |
1.2 铒掺杂光波导放大器的分类 |
1.2.1 无机铒掺杂光波导放大器 |
1.2.2 有机聚合物光波导放大器 |
1.3 SOI狭缝波导的提出及研究现状 |
1.3.1 狭缝波导的提出 |
1.3.2 SOI狭缝波导放大器的研究进展 |
1.4 本篇论文的主要工作及创新点 |
第二章 铒、镱稀土掺杂光波导放大器理论基础 |
2.1 铒掺杂光波导放大器的工作原理 |
2.2 铒镱共掺光波导放大器的工作原理 |
2.3 铒镱共掺光波导放大器的理论模型 |
2.3.1 原子速率方程 |
2.3.2 光功率传输方程 |
2.3.3 增益计算方法 |
2.4 电磁场本征方程及其有限差分形式 |
2.4.1 电磁场全矢量本征方程 |
2.4.2 有限差分边界条件 |
2.5 脊形波导的模式分析 |
2.6 小结 |
第三章 NaYF_4/NaLuF_4:Er~(3+),Yb~(3+)NCs-PMMA键合型聚合物光波导放大器 |
3.1 α-NaYF_4/β-NaLuF_4:Er~(3+),Yb~(3+)纳米粒子的合成及表征 |
3.2 NaYF_4/NaLuF_4:Er~(3+),Yb~(3+)NCs-PMMA键合型材料的制备与性能表征 |
3.2.1 纳米粒子与PMMA共聚的键合型材料的制备 |
3.2.2 NaYF_4/NaLuF_4:Er~(3+),Yb~(3+)NCs-PMMA的表征 |
3.3 Judd-Ofelt参数计算 |
3.3.1 Judd-Ofelt理论 |
3.3.2 Judd-Ofelt参数分析 |
3.4 EYCDWA的尺寸优化及增益特性分析 |
3.4.1 有效折射率法设计单模倒脊型波导 |
3.4.2 EYCDWA增益特性分析 |
3.5 NaYF_4/NaLuF_4:Er~(3+),Yb~(3+)NCs-PMMA键合型聚合物光波导放大器的制备与测试 |
3.5.1 器件的制备与表征 |
3.5.2 器件的增益测试 |
3.6 小结 |
第四章 SOI狭缝光波导放大器增益特性分析 |
4.1 SOI狭缝光波导的模式分析 |
4.1.1 二维狭缝波导模式分析基础 |
4.1.2 NaYF_4:10%Er~(3+)NCs-PMMA材料合成与表征 |
4.1.3 狭缝波导工作原理 |
4.2 SOI狭缝波导的尺寸优化 |
4.2.1 重叠积分因子的优化 |
4.2.2 有效截面积的优化 |
4.3 EDSWA的增益特性分析 |
4.3.1 1480 nm泵浦EDSWA能级跃迁模型 |
4.3.2 EDSWA增益特性分析 |
4.4 模式转换器的设计与优化 |
4.5 EDSEA器件的制备与测试 |
4.5.1 EDSEA的制备与表征 |
4.5.2 EDSWA的增益测试 |
4.6 小结 |
第五章 氮化硅狭缝光波导放大器增益特性分析 |
5.1 Si_3N_4狭缝波导的模式分析 |
5.2 Si_3N_4狭缝波导的尺寸优化 |
5.2.1 Si_3N_4狭缝波导重叠积分因子的优化 |
5.2.2 Si_3N_4狭缝波导有效截面积的优化 |
5.3 Si_3N_4狭缝波导放大器的增益特性分析 |
5.4 Si_3N_4狭缝波导的制备与测试 |
5.4.1 Si_3N_4狭缝波导放大器的制备与表征 |
5.4.2 Si_3N_4狭缝波导放大器的测试 |
5.5 小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 总结 |
6.2 展望 |
参考文献 |
作者简介及博士期间发表的论文 |
致谢 |
(7)基于核壳结构铒镱共掺纳米晶的聚合物光波导放大器研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 光波导放大器的产生 |
1.2 掺铒光波导放大器的分类 |
1.2.1 无机掺铒光波导放大器 |
1.2.2 有机聚合物掺铒光波导放大器 |
1.3 有机聚合物掺铒光波导放大器的研究进展 |
1.4 铒镱共掺氟化物纳米晶在光波导放大器方向的应用 |
1.5 本论文的主要工作 |
第2章 铒镱共掺光波导放大器理论基础 |
2.1 铒、镱离子的能级结构及跃迁特征 |
2.2 铒镱共掺光波导放大器的基本结构和工作原理 |
2.3 铒镱共掺系统的原子速率方程、光功率传输方程 |
2.3.1 原子速率方程 |
2.3.2 光功率传输方程 |
2.4 Judd-Ofelt理论 |
第3章 基于NaYF_4: Er~(3+),Yb~(3+)纳米晶掺杂型聚合物的光波导放大器 |
3.1 NaYF_4: Er~(3+),Yb~(3+)纳米晶的制备 |
3.2 增益特性的理论模拟及讨论 |
3.3 NaYF_4: Er~(3+),Yb~(3+)纳米晶掺杂型聚合物光波导放大器的制备 |
3.4 NaYF_4: Er~(3+), Yb~(3+)纳米晶掺杂型聚合物波导放大器的性能测试 |
第4章 基于氟化物纳米晶键合型聚合物的光波导放大器 |
4.1 NaLuF_4: Er~(3+), Yb~(3+) NCs- PMMA键合型聚合物光波导放大器 |
4.1.1 NaLuF_4: Er~(3+), Yb~(3+) NCs-PMMA材料的合成与表征 |
4.1.2 NaLuF_4: Er~(3+), Yb~(3+) NCs-PMMA键合型波导放大器的制备 |
4.1.3 器件的性能测试 |
4.2 NaYF_4/NaLuF_4: Er~(3+), Yb~(3+) NCs- PMMA键合型聚合物光波导放大器 |
4.2.1 NaYF_4/NaLuF_4: Er~(3+), Yb~(3+) NCs-PMMA材料的合成与表征 |
4.2.2 NaYF_4/NaLuF_4: Er~(3+), Yb~(3+) NCs-PMMA键合型波导放大器的制备 |
4.2.3 器件的性能测试 |
4.3 小结 |
第5章 总结 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的论文 |
致谢 |
(8)铒镱共掺有机聚合物平面光波导放大器的优化设计与制备(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
§1.1 光放大器的产生 |
§1.2 光放大器的分类 |
§1.3 掺铒光波导放大器的分类 |
1.3.1 无机掺铒光波导放大器 |
1.3.2 无机掺铒光波导放大器的研究进展 |
1.3.3 有机聚合物掺铒光波导放大器 |
1.3.4 有机聚合物掺铒光波导放大器的研究进展 |
§1.4 本论文完成的主要工作 |
参考文献 |
第二章 铒镱共掺光波导放大器的理论基础 |
§2.1 铒镱共掺光波导放大器的工作原理 |
2.1.1 铒元素的能级结构及跃迁特性 |
2.1.2 掺铒光波导放大器的工作原理和基本结构 |
2.1.3 泵浦波长的选择 |
2.1.4 共掺镱元素的敏化原理 |
§2.2 铒镱共掺波导放大器的理论模型 |
2.2.1 原子速率方程 |
2.2.2 光功率传输方程 |
2.2.3 基于重叠积分简化法的增益特性计算 |
§2.3 光波导设计的模式理论基础 |
2.3.1 三层平板波导的本征方程 |
2.3.2 有效折射率法设计单模矩形波导 |
2.3.3 基于插值的有限差分方法 |
2.3.4 有效折射率法与半矢量有限差分法的比较 |
§2.4 Judd-Ofelt 理论 |
2.4.1 三参量 Judd-Ofelt 理论公式 |
2.4.2 Judd-Ofelt 参数的计算 |
2.4.3 材料发光性能参数的计算 |
§2.5 小结 |
参考文献 |
第三章 氟化镧纳米颗粒掺杂有机无机杂化材料波导放大器 |
§3.1 表面修饰的铒镱共掺氟化镧纳米颗粒的合成 |
3.1.1 共沉淀法制备纳米颗粒 |
3.1.2 红外光谱分析 |
3.1.3 元素分析与热重分析 |
3.1.4 透射电子显微镜与 X 射线衍射分析 |
3.1.5 荧光寿命的测量 |
§3.2 有机无机杂化材料的制备 |
§3.3 纳米颗粒掺杂的有机无机杂化材料 |
3.3.1 掺杂薄膜的制备 |
3.3.2 掺杂有机无机杂化材料的成膜性 |
3.3.3 紫外-可见-近红外(UV-Vis-NIR)吸收光谱 |
3.3.4 掺杂有机无机杂化薄膜的光致发光光谱 |
3.3.5 Judd-Ofelt 参数分析 |
§3.4 纳米颗粒掺杂有机无机杂化光波导放大器的制备与测试 |
3.4.1 嵌入式光波导放大器的制备 |
3.4.2 器件的抛光处理 |
3.4.3 波导形貌及通光测试 |
3.4.4 光波导放大器的增益测试 |
§3.5 器件增益特性的理论分析 |
3.5.1 波导尺寸设计及重叠积分因子的计算 |
3.5.2 Er~(3+)离子浓度与重叠积分因子对增益的影响 |
3.5.3 波导长度与光功率对增益的影响 |
3.5.4 Er~(3+)离子亚稳态能级寿命对增益的影响 |
§3.6 小结 |
参考文献 |
第四章 NaYF_4掺杂 SU-8 芯包共同掺杂型波导放大器 |
§4.1 芯包共同掺杂型波导放大器的增益特性分析 |
4.1.1 矩形结构单模条件 |
4.1.2 有效掺杂截面积 Aeff的计算 |
4.1.3 两种类型器件增益特性分析 |
§4.2 Core doped 型与 Core-cladding doped 型器件的制备 |
4.2.1 材料的选择 |
4.2.2 掺杂 SU-8 光波导的制备 |
4.2.3 掺杂 SU-8 光波导的测试 |
§4.3 小结 |
参考文献 |
第五章 铒/镱共掺可溶性配合物光波导放大器的制备 |
§5.1 铒/镱共掺可溶性配合物材料的合成与表征 |
5.1.1 铒/镱共掺可溶性配合物材料的合成 |
5.1.2 可溶性配合物的元素分析 |
5.1.3 可溶性配合物材料的成膜性能与折射率 |
5.1.4 可溶性配合物材料的光谱特性 |
§5.2 可溶性配合物器件制备与测试 |
5.2.1 可溶性配合物器件器件制备与通光测试 |
5.2.2 可溶性配合物器件增益测试 |
§5.3 器件结构对增益特性影响的模拟分析 |
5.3.1 波导的矩形近似 |
5.3.2 不同波导结构对增益的影响 |
5.3.3 侧向刻蚀对器件增益的影响 |
§5.4 小结 |
参考文献 |
第六章 狭缝波导放大器的增益特性分析 |
§6.1 狭缝波导的特性分析 |
6.1.1 狭缝波导的基本原理 |
6.1.2 狭缝波导的基本特性 |
6.1.3 狭缝波导的尺寸设计 |
§6.2 狭缝波导放大器的实验基础 |
§6.3 1480nm 泵浦下波导放大器的增益特性分析 |
6.3.1 建立 1480nm 泵浦下四能级跃迁模型 |
6.3.2 ]1480nm 泵浦下四能级系统器件的增益特性 |
6.3.3 狭缝型波导放大器的增益计算 |
6.3.4 多层狭缝结构的重叠积分因子 |
§6.4 小结 |
参考文献 |
第七章 总结与展望 |
§7.1 本论文主要内容与总结 |
§7.2 前景及展望 |
作者简介及科研成果 |
致谢 |
(9)特殊波段钾钠离子交换锗酸盐玻璃波导放大器(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
第二章 文献综述 |
2.1 稀土概述 |
2.1.1 稀土离子的电子组态 |
2.1.2 稀土离子的能级 |
2.2 稀土的发光基本规律 |
2.2.1 能量传递 |
2.3 J-O 理论与光谱参数的计算 |
2.4 锗酸盐玻璃 |
2.5 离子交换技术 |
2.5.1 离子交换原理 |
2.5.2 K+-Na+离子交换特点 |
2.5.3 Ag+-Na+离子交换特点 |
第三章 Tm~(3+) /Yb~(3+) 掺杂锗酸盐玻璃的光谱特性 |
3.1 Tm~(3+) /Yb~(3+) 共掺锗酸盐玻璃的制备 |
3.2 Tm~(3+) /Yb~(3+) 共掺锗酸盐玻璃光学测试 |
3.3 吸收光谱和 J-O 理论计算 |
3.4 红外发射光谱 |
3.5 声子能量对荧光发射的影响 |
3.6 本章小结 |
第四章 离子交换 Tm~(3+) /Yb~(3+) 掺杂 NMAG 玻璃条形光波导 |
4.1 条形光波导制备 |
4.2 条形光波近场模式导测试 |
4.3 光波导信号增益测试 |
4.4 本章小结 |
第五章 Tm~(3+) 掺杂锗酸盐玻璃的光谱特性 |
5.1 Tm~(3+) 掺杂锗酸盐玻璃的制备 |
5.2 Tm~(3+) 掺杂锗酸盐玻璃光学测试 |
5.3 吸收光谱和 J-O 理论计算 |
5.4 红外发射光谱 |
5.5 本章小结 |
第六章 离子交换 Tm~(3+) 掺杂 NMAG 玻璃条形光波导 |
6.1 Tm~(3+) 掺杂 NMAG 条形光波导制备 |
6.2 光波导折射率,波表面结构和近场模式 |
6.3 光波导信号增益测试 |
6.4 本章小结 |
第七章 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 展望 |
参考文献 |
本文的研究特色和创新之处 |
致谢 |
附录 |
(10)稀土掺杂磷酸盐玻璃有源光纤的研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
目录 |
第一章 引言 |
1.1 光纤的导光原理和主要参量 |
1.2 稀土掺杂光纤放大器的工作原理 |
1.3 常见的稀土离子掺杂有源光纤 |
1.4 铒、镱共掺磷酸盐玻璃光纤国内外的发展状况 |
1.5 本论文的研究意义和主要研究内容 |
第二章 双包层Er~(3+)/Yb~(3+)共掺磷酸盐玻璃光纤的结构和理论模型 |
2.1 双包层Er~(3+)/Yb~(3+)共掺磷酸盐玻璃光纤的结构与特点 |
2.2 Er~(3+)/Yb~(3+)共掺玻璃系统的能级结构和相关能级跃迁 |
2.3 Er~(3+)/Yb~(3+)共掺磷酸盐玻璃光纤的理论模型 |
第三章 铒、镱共掺磷酸盐玻璃的制备和性能表征 |
3.1 磷酸盐玻璃的结构特性 |
3.2 磷酸盐玻璃成分的设计与熔炼工艺 |
3.3 磷酸盐基质玻璃的熔制 |
3.4 Er~(3+)/Yb~(3+)共掺磷酸盐玻璃的熔制 |
3.5 Er~(3+)/Yb~(3+)共掺磷酸盐玻璃的性能测试 |
3.6 Judd—Ofelt理论简介 |
3.7 Er~(3+)/Yb~(3+)共掺磷酸盐玻璃的光谱测试分析 |
3.8 纤芯玻璃的确定 |
第四章 双包层Er~(3+)/Yb~(3+)共掺磷酸盐玻璃光纤的设计与制作 |
4.1 双包层Er~(3+)/Yb~(3+)共掺磷酸盐玻璃光纤的尺寸设计 |
4.2 稀土掺杂多组分玻璃光纤预制棒的制作方法 |
4.3 Er~(3+)/Yb~(3+)共掺磷酸盐玻璃光纤的拉丝 |
4.4 铒、镱共掺磷酸盐玻璃光纤的性能评价 |
4.5 Er~(3+)/Yb~(3+)共掺磷酸盐玻璃光纤的模拟测试分析 |
第五章 结论 |
致谢 |
参考文献 |
四、Er~(3+):Yb~(3+)共掺玻璃波导放大器及其应用(论文参考文献)
- [1]铒镱共掺NaYF4纳米晶的下转换发光性质及在EDWA中的应用研究[D]. 刘雨婷. 吉林大学, 2021(01)
- [2]基于NaYF4:Er3+,Yb3+纳米晶的损耗补偿聚合物波导功率分束器研究[D]. 符越吾. 吉林大学, 2020(10)
- [3]近/中红外光纤激光用稀土离子掺杂微晶玻璃光纤制备及其光学性能研究[D]. 康世亮. 华南理工大学, 2020
- [4]1560nm窄线宽单频光纤激光器及其倍频研究[D]. 汪威威. 华南理工大学, 2020(02)
- [5]基于分子内能量传递机制的掺稀土元素有机光波导放大器研究[D]. 毛文韬. 厦门大学, 2019(07)
- [6]稀土掺杂聚合物-SOI光波导放大器的研究[D]. 张美玲. 吉林大学, 2018(12)
- [7]基于核壳结构铒镱共掺纳米晶的聚合物光波导放大器研究[D]. 尹姣. 吉林大学, 2016(09)
- [8]铒镱共掺有机聚合物平面光波导放大器的优化设计与制备[D]. 李彤. 吉林大学, 2012(09)
- [9]特殊波段钾钠离子交换锗酸盐玻璃波导放大器[D]. 张杰. 大连工业大学, 2012(08)
- [10]稀土掺杂磷酸盐玻璃有源光纤的研究[D]. 林峰. 长春理工大学, 2010(08)