光学波导制备用钕离子掺杂锗酸盐光学玻璃
在光纤通讯系统中,近红外区800nm到1625nm波长范围已被广泛应用于数据的传输.目前对于以C波段1530-1560nm为主要工作窗口的掺铒石英光纤的研究,已经相当成熟,然而这一波段只使用了低损耗单模石英光纤的部分窗口,限制了光纤可容纳信道的充分利用.Nd3+具有典型的~1060nm和~1330nm近红外荧光发射,其中~1330nm属于O-波段,并且位于传统第二通讯窗口,色散最小.因此,钕离子掺杂玻璃波导光学放大器有望成为继半导体光学放大器(SOA)、铒离子掺杂光纤放大器(EDFA)问世以来,又一极具商业价值的光放大器.本工作设计合成了Nd3+掺杂中低声子能量锗酸盐玻璃,通过优化Nd203的掺杂浓度,测试解析了最优掺杂浓度为2wt.%Nd2O3时的锗酸盐玻璃的光学及光谱特性.合成了K+ -Na+离子交换Nd3+掺杂锗酸盐玻璃表面条形光波导,并对其近红外荧光光谱进行了系统的表征和研究,为Pr3+,Er3+和Ho3+离子掺杂锗酸盐玻璃制备O-谱带, S-谱带,和U-谱带等特殊波段信号放大器奠定基础.本文取得的成果如下:1.合成制备了Nd3+掺杂的23Na2O-3MgO-22Al2O3-52GeO2-x wt.%Nd2O3 (x=0.1,1, 2,3,4)(简称NMAG)玻璃.根据吸收光谱的Judd-Ofelt理论拟合,评估出Nd3+的强度参数Ωt(t=2,4,6)分别为5.45x10-20,4.60x10-20,和4.97x10-20cm2,并计算推导出了Nd3+各能级跃迁的理论及实验振子强度、自发辐射跃迁几率、荧光分支比及荧光辐射寿命,以及4F3/2能级的荧光寿命、量子效率和交叉弛豫跃迁几率等光谱参数.Nd3+发射截面在1.065μm和1.3371μm处分别为21.5*10-21和7.6x10-21cm2.较低的声子能量和较大的吸收及发射截面积,有助于吸收足够的泵浦能量和进行有效的能量传递,表明Nd3+掺杂锗酸盐玻璃极有望成为红外激光器件优异的制备材料.基于理论的研究,通过实验测试和理论计算得到4F3/2→4I11/2跃迁发射的量子效率为~71.3%.2.在锗酸盐玻璃衬底中引入A1203,成功制备了耐酸腐蚀的铝锗酸盐玻璃,解决了脚a+离子交换过程中基质易受酸腐蚀的现象.利用离子交换法,在光学玻璃表面成功制备了稀土离子掺杂的中低声子能量锗酸盐玻璃条形光波导.对Nd3+掺杂心-Na+离子交换锗酸盐玻璃条形光波导表面结构应用原子力学显微镜(AFM)进行了表征,测得光学波导近场模式直径为~8μm,并计算了数值孔径(0.0755)和截止波长(0.569μm).在近红外区有效的放大自发发射(ASE)荧光(发射峰值分别在905,1060,1334和1816nm)证明Nd3+掺杂的中低声子能量锗酸盐玻璃离子交换光波导在光学放大器、宽谱带光源、可调谐激光器、高功率波导激光器方面具有很大的应用潜力.本文研究表明中低声子能量铝锗酸盐玻璃是制备特殊波段光波导放大器的优良的基底材料,Nd3+掺杂NMAG玻璃条形光波导是一种高效的应用于第二通讯窗口的光波导放大器;Nd3+掺杂NMAG玻璃在O-波段(1260-1360nm)波导放大器方面极具应用潜力.
- 作者：
- 李玉花
- 学位授予单位：
- 大连工业大学
- 专业名称：
- 材料学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2014年
- 导师姓名：
- 林海
- 中图分类号：
- TQ171.734
- 关键词：
- Nd3+；锗酸盐玻璃；中低声子能量；第二通讯窗口；O-谱带波导放大器；离子交换；条形光波导；放大的自发辐射
- Nd3+； Germanium glasses； Medium-low phonon energy； Second telecommunication window； 0- band waveguide amplifier； Ion exchange； Channel waveguides； Amplified spontaneous emissions(ASE)