[发明专利]高近红外发光强度的Mg/Er-LiNbO3晶体及其制备方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及光纤通信技术领域，具体涉及一种光纤通信系统的传输用放大器技术。

(二)技术背景

光纤通信中由于光纤内吸收散射等各种因素的影响，光纤总是存在一定的损耗，使得在传输过程中光信号的幅度越来越小，从而限制了光纤通信系统的传输距离。1.5μm的掺铒光纤放大器(EDFA)已经成功地解决了这一突出问题。然而，与电通信的发展相似，全光通信将向小型化、集成化方向发展，EDFA通常需要几十米长的掺铒石英光纤，体积大，成本高，装配调试要求高，且由于各光学元件的插入损耗和藕合损耗很难降低，从而要求配备较大输出功率的LD泵浦源，且泵浦效率较低。因此，利用光子集成技术研制光通信用光子集成器件是实现全光通信的必由之路。人们已把目光转向更具集成化发展前景的掺铒光波导放大器(EDWA)技术，它体积小、制造成本低、性能稳定可靠、便于集成，研制1.5μm EDWA成为目前光有源器件研究的热点。

由于Er-LiNbO₃晶体兼具了Er离子1.5μm波段的激光及放大特性与铌酸锂晶体优良的光电、声光、压电及非线性等光学性能，它成为一种有吸引力的微小波导放大器的基质材料。目前使用LiNbO₃晶体是在同成份点生长出的所谓同成份晶体，其中[Li]/[Nb]＝0.946。至今还没有其它非线性光学晶体在综合性能指标上能与之匹敌，被称为“光学硅”。它已被广泛用来制作各种器件(如表面声波器件、高频高温换能器、红外探测器、激光调制器、激光倍频器、光参量振荡器、无线电高频带通滤波器、光波导等)。目前人们在LiNbO₃基片上已研制出多种光波导器件，如波导激光器、波导开关、方向耦合器、相位调制器、陀螺芯片等等。铌酸锂晶体的重要特点之一是容易掺杂，几乎所有的过渡元素和稀土元素都可掺入其中。LiNbO₃作为制作波导的基体材料具如下优点：(1)、LiNbO₃晶体是集优良的电光、声光和非线性光学性能于一体的难得激光基质材料，它的多功能性为开辟集成性、微小器件创造充分条件，这是其他几种基质材料所无法比拟的；(2)、芯层与缓冲层、覆盖层(SiO₂)之间的折射率反差较大，导致波导模的高约束低损耗，因而易于实现高效的泵浦和放大；(3)、LiNbO₃晶体自身具有可以调节的Li/Nb比率，这为进行高浓度稀土Er的掺杂提供有利条件，从而在较短的尺寸内得到较高的增益。(4)、可实现的大尺寸、高质量、易生长、廉价等特性使得LiNbO₃晶体做为基质材料具有良好的基础。

对波导放大器而言，为了提高激光增益，需要高浓度掺杂，然而，高掺杂Er浓度易形成Er离子簇位，离子间的相互作用成为影响放大器特性不可忽视的因素，Er³⁺离子与其它杂质离子间的能量转移以及Er³⁺离子之间的上转换效应等均会引起强烈的浓度淬灭效应，从而严重影响放大器的泵浦效率和增益特性。因此，如何减少Er簇位形成，对提高波导器件性能是非常重要的。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种具有优良近红外1.5μm波段光发射性能的波导基质材料-化学计量比生长的高近红外发光强度的Mg/Er-LiNbO₃晶体。

本发明的目的是这样实现的：Mg/Er-LiNbO₃晶体以99.99wt％MgO、99.99wt％Er₂O₃、99.99wt％Nb₂O₅、99.99wt％LiCO₃为基础原料，MgO掺杂量为0～2mol％，Er₂O₃掺杂量为0.5～1mol％，Li/Nb摩尔比＝1.381。