[发明专利]一种掺杂稀土钕配合物的硅基聚合物平面光波导放大器

说明书

技术领域

本发明涉及光通信技术中平面光子器件技术领域，具体涉及一种掺杂稀土钕配合物的硅基聚合物平面光波导放大器及其制备方法。

背景技术

在光通信系统中，为了保证光信号的传送，不可避免的要使用一些光学器件如复用/解复用器、分束器和光开关等，这些器件都存在着一定的损耗，如不加以补偿，必将大大降低信号的传送距离，所以需要对信号加以放大增强；同时，要实现真正的全光通信，光通信器件必须向小型化、集成化方向发展。鉴于在平面光子集成中无法应用光纤放大器，因此迫切需要研制平面光波导放大器来同时满足上述需求。平面光波导放大器产品可以单波长放大也可以多波长放大,可以在同一基片上完成多个器件的集成，形成阵列，从而实现在密集波分复用(DWDM)系统中多波长增益的动态调节。相对于光纤放大器，它具有紧凑、尺寸小、成本低、易于集成的优点，几厘米到十几厘米的长度就可实现10dB以上的增益；相对半导体光放大器，它有噪声指数低、偏振相关性低等优点，将在光通信领域发挥越来越大的作用。

稀土离子(如Pr³⁺,Eu³⁺,Er³⁺,Yb³⁺,Nd³⁺,Cr³⁺,Tm³⁺等)是理想的发光和光放大活性物质，如铒离子(Er³⁺)在1.53μm波长处的近红外发光，对应着第三标准通信窗口波长；钕离子(Nd³⁺)在1.06μm和1.33μm处均有发光，因此，它们常被掺杂到光波导基质材料中用于制备平面光波导放大器。

目前，关于掺钕光波导放大器(NDWA)的研究主要集中在将Nd³⁺离子掺杂在Al₂O₃、Y₂O₃、SiO₂、ZrO₂等氧化物陶瓷、磷酸盐、硅酸盐以及LiNbO₃晶体等无机基质材料中，采用离子交换、离子注入、液相外延生长、溅射的方法制备NDWA，相应的制作技术较为成熟。虽然磷酸盐、硅酸盐等无机基质能够接受较高的稀土离子掺杂浓度，制作出的波导损耗相对较小，但其存在以下缺陷：波导芯区和包层区的折射率改变量小，增益性能不理想；器件与硅基材料相容性差，不易实现与其他硅基器件的集成；熔炼温度高，工艺复杂，生产成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种掺杂稀土钕配合物的硅基聚合物平面光波导放大器，其能够非常容易的与各类硅基光学器件集成在一起，补偿光通信1.06μm波长窗口的损耗，增益性能；本发明同时提供了一种掺杂稀土钕配合物的硅基聚合物平面光波导放大器的制备方法，其无需进行高温熔炼，工艺简单，生产成本低。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种掺杂稀土钕配合物的硅基聚合物平面光波导放大器，包括硅衬底、下包层和波导芯层，所述下包层设于所述硅衬底的上表面，所述波导芯层设于所述下包层的上表面，所述波导芯层采用掺杂稀土钕配合物的聚合物材料。

进一步地，所述掺杂稀土钕配合物的聚合物材料为掺杂Nd(TTA)₃(TPPO)₂的PMMA材料。

进一步地，所述掺杂稀土钕配合物的聚合物材料为掺杂Nd(TTA)₃(TPPO)₂的SU-8材料。

优选地，在所述掺杂稀土钕配合物的聚合物材料中，钕离子掺杂浓度为0.4×10²⁰～0.8×10²⁰cm^-3。

优选地，所述波导芯层在1064nm波长的折射率为1.490～1.590。

优选地，所述下包层为SiO₂层。

一种掺杂稀土钕配合物的硅基聚合物平面光波导放大器的制备方法，包括以下步骤：

S1、制备掺杂稀土钕配合物的聚合物溶液；

S2、采用热氧化法在硅衬底上生长一层SiO₂，形成下包层；

S3、采用旋涂法将掺杂稀土钕配合物的聚合物溶液涂覆在下包层上，固化形成芯层；

S4、采用磁控溅射法在所述芯层上淀积一层铝膜；

S5、在铝膜上旋涂一层紫外负型光刻胶，然后进行前烘、紫外曝光、后烘、显影，将光刻板上的图案转移到紫外负型光刻胶和铝膜上，形成与波导芯层的图案相对应的铝掩膜；