油溶性核—壳结构稀土氟化物纳米晶的制备及其在光波导放大器中的应用

发布时间：2017-04-11 21:07

  本文关键词：油溶性核—壳结构稀土氟化物纳米晶的制备及其在光波导放大器中的应用，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：光通信技术已经以一种深入根本的方式,改变了人们生活和学习的节奏,人们已经习惯于现在通信技术所带来的便捷,并致力于通信技术的革新和进步。光通信技术已经成为并且仍将继续成为科技领域研究的热点。为了克服远距离信号传递中的损耗,人类发明了光信号放大器。稀土镧系元素Er3+因其4I13/2→4I15/2能级跃迁所发射的1.53μm近红外光刚好位于光纤互联网络的一个低损耗窗口,因而被广泛应用于光信号放大器的芯层掺杂剂。Er3+掺杂的光纤放大器(EDFA)也应运而生,解决了光纤通信领域远距离信号传输问题。但是,在局域网、光纤入户、车载通信等短距离通信领域,由于传输距离较短,EDFA的光损耗补偿作用表现出一定的局限性。因此,科研人员又发明的光波导放大器。与EDFA相比,Er3+掺杂的光波导放大器(EDWA)的优点在于能够在较小的空间内提供高增益,并且能够与硅基底的其他光电子器件进行集成,有利于进一步发展紧凑型器件。材料研究是器件设计制备的基础,制备高效EDWA器件的关键在于增益介质材料的选择。目前,大部分研究者仍在努力的寻找优化的波导放大器基质材料,这些材料既可以是无机的晶体或者玻璃,也可能是有机聚合物。如果选用有机聚合物作为波导放大器的基质材料,放大器会更加易于加工,而且更加的廉价而易于推广。另外,聚合物的折射率可以简单地通过改变单体类型和比例进行调节。因此,如果Er3+掺杂的无机纳米材料可以在聚合物基质中良好分散,将能够成为构建光波导器件的增益介质,为制备具有良好光放大功能的器件奠定材料基础。目前,在制备无机纳米材料掺杂的聚合物增益介质时,多采用直接物理掺杂的方式将纳米材料分散在聚合物基质中。然而纳米材料囿于本身的表面活性而易于团聚,团聚形成的亚微米、微米颗粒对光有散射作用,因此这种方法得到的复合物无法达到获得高的透光性,且无机纳米材料在聚合物基质中的稳定性也较差,导致利用物理掺杂的方法难以制备可实用化的聚合物基增益介质材料。针对于此,我们进行了如下创新工作:1,利用异质核-壳诱导方法,在溶剂热环境下制备了Er3+和Yb3+共掺杂的核壳结构α-Na YF4/β-Na Lu F4纳米材料,利用高分辨透射电子显微镜和线扫描等手段对得到的纳米材料进行了表征,确定了核-壳结构。而后对其进行了X射线衍射、透射电镜、光致荧光、动态光散射等表征。电镜图片可见颗粒呈球形,尺寸约为15~20nm。这种核-壳型纳米颗粒样品可以良好地分散在环己烷试剂中,形成澄清透明的溶液。该溶液在980nm激光照射下,发射出明亮的黄绿色上转换荧光,且由SPEX 1000M荧光光谱仪可以测得样品在1.55μm处较强的下转换荧光。2,利用共价键镶嵌的方式,将核-壳结构纳米材料α-Na YF4/β-Na Lu F4:Yb,Er均匀地镶嵌在聚甲基丙烯酸甲酯基质中,获得了澄清透明的有机-无机复合材料。通过改变共聚反应的时间,可以使有机-无机复合材料具备适当的粘稠度,能够通过简单的旋涂填槽方式,利用此有机-无机复合材料作为增益介质制备倒脊型光波导器件。在15 mm长的矩形器件中我们获得了具有最高为22d B左右的相对增益。且该器件的稳定性良好。实验结果证明我们所探索的是一种可行的制备聚合物波导器件增益介质材料的方法,该种方法具有潜在的推广使用价值。
【关键词】：稀土 纳米材料 核壳结构 聚合物光波导放大器
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN722;TN252
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-19
• 引言10-11
• 1.1 稀土元素的应用11-14
• 1.1.1 稀土元素在生物医学中的应用11-12
• 1.1.2 稀土元素在光器件和光通信中的应用12-13
• 1.1.3 稀土元素在其他方向的应用13-14
• 1.2 稀土元素在聚合物光波导器件中的应用14-17
• 1.2.1 聚合物光波导放大器简介及工作原理14-15
• 1.2.2 稀土纳米材料掺杂的聚合物光波导放大器15-17
• 1.3 本论文的工作内容及研究意义17-19
• 第二章 核壳结构稀土纳米材料的制备与表征19-33
• 2.1 纳米材料的合成方法简介及其优缺点对比19-23
• 2.1.1 常用的纳米材料合成方法19-20
• 2.1.2 溶剂热法与高温热分解法的详细实验操作步骤20-23
• 2.2 制备出纳米材料的表征结果23-30
• 2.2.1 核壳型纳米材料的粒径与形貌表征23-27
• 2.2.2 高温热分解法制备NaLuF4纳米晶及其表征27-30
• 2.3 两种纳米材料的光学性质对比30-31
• 2.4 本章小结31-33
• 第三章 纳米材料在聚合物基质光波导中的应用33-48
• 3.1 纳米材料表面性质表征34-36
• 3.2 纳米材料-聚合物复合材料的制备与性能测试36-39
• 3.2.1 共聚合的方法制备有机-无机复合材料36-37
• 3.2.2 有机-无机复合材料的各项性质测试37-39
• 3.3 聚合物基质波导器件的制备与性能测试39-46
• 3.3.1 利用有机-无机复合材料制备聚合物基质光波导放大器39-40
• 3.3.2 聚合物基质波导放大器各项性质测试40-46
• 3.4 本章小结46-48
• 第四章 结论与展望48-50
• 4.1 结论48-49
• 4.2 展望49-50
• 参考文献50-55
• 作者简介55-56
• 致谢56

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