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

发布时间：2017-08-04 16:04

  本文关键词：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

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【摘要】：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。
【关键词】：光波导放大器 聚合物 纳米晶 NaYF_4/NaLuF_4:Er~(3+) Yb~(3+)NCs-PMMA纳米复合材料
【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4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 光波导放大器的产生9-10
• 1.2 掺铒光波导放大器的分类10-13
• 1.2.1 无机掺铒光波导放大器11-12
• 1.2.2 有机聚合物掺铒光波导放大器12-13
• 1.3 有机聚合物掺铒光波导放大器的研究进展13-15
• 1.4 铒镱共掺氟化物纳米晶在光波导放大器方向的应用15-16
• 1.5 本论文的主要工作16-17
• 第2章 铒镱共掺光波导放大器理论基础17-25
• 2.1 铒、镱离子的能级结构及跃迁特征17-18
• 2.2 铒镱共掺光波导放大器的基本结构和工作原理18-19
• 2.3 铒镱共掺系统的原子速率方程、光功率传输方程19-23
• 2.3.1 原子速率方程19-21
• 2.3.2 光功率传输方程21-23
• 2.4 Judd-Ofelt理论23-25
• 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25-37
• 3.1 NaYF_4: Er~(3+),Yb~(3+)纳米晶的制备25-26
• 3.2 增益特性的理论模拟及讨论26-31
• 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31-33
• 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33-37
• 第4章 基于氟化物纳米晶键合型聚合物的光波导放大器37-49
• 4.1 NaLuF_4: Er~(3+), Yb~(3+) NCs- PMMA键合型聚合物光波导放大器37-43
• 4.1.1 NaLuF_4: Er~(3+), Yb~(3+) NCs-PMMA材料的合成与表征37-40
• 4.1.2 NaLuF_4: Er~(3+), Yb~(3+) NCs-PMMA键合型波导放大器的制备40-42
• 4.1.3 器件的性能测试42-43
• 4.2 NaYF_4/NaLuF_4: Er~(3+), Yb~(3+) NCs- PMMA键合型聚合物光波导放大器43-48
• 4.2.1 NaYF_4/NaLuF_4: Er~(3+), Yb~(3+) NCs-PMMA材料的合成与表征44-45
• 4.2.2 NaYF_4/NaLuF_4: Er~(3+), Yb~(3+) NCs-PMMA键合型波导放大器的制备45-46
• 4.2.3 器件的性能测试46-48
• 4.3 小结48-49
• 第5章 总结49-50
• 参考文献50-55
• 攻读硕士学位期间发表的论文55-56
• 致谢56

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本文编号：620437