《矽光子學集成用Er silicate光波導放大器套用基礎研究》是依託北京大學，由王興軍擔任負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：矽光子學集成用Er silicate光波導放大器套用基礎研究
- 項目負責人：王興軍
- 項目類別：青年科學基金項目
- 依託單位：北京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
採用溶膠-凝膠法製備強光致發光特性、結晶良好的Er silicate薄膜材料，最佳化工藝參數，提出Er silicate的生長機理，研究Er silicate固相結構、相變以及缺陷對Er3+光致發光特性的影響。利用有限元方法分析Er silicate光波導放大器內部的電磁場分布，通過速率方程和傳輸方程數值模擬Er silicate光波導放大器光增益與Er3+濃度、波導長度、泵浦功率和信號功率的關係，設計出最優的Er silicate光波導放大器結構。採用EBL電子束刻蝕機、FIB聚焦離子束刻蝕機和RIE反應離子刻蝕機等微加工設備，製備出Er silicate光波導放大器，最佳化出製備Er silicate光波導放大器的微加工工藝參數，研製出在泵浦功率30mW以下，信號功率1mW以下，滿足矽光子學集成用大於10dB/1mm淨增益的Er silicate光波導放大器。
結題摘要
高增益的摻鉺光波導放大器是矽基光電子學中的重要研究內容，它可以放大微弱的光信號，是矽基光電集成最終實現的關鍵器件之一。本課題針對傳統摻雜方法鉺摻雜濃度低的問題，採用新型的鉺矽酸鹽化合物作為光波導放大器的候選材料開展科學研究，該化合物的鉺濃度比傳統方法提高1-2個數量級。具體研究了鉺矽酸鹽，鉺鐿矽酸鹽、鉺釔矽酸鹽這些高鉺化合物材料的結構、光學和電學特性，通過最佳化鉺、鐿、釔的原子濃度，獲得2個數量級的光致發光增強，並探索鉺鐿之間的能量轉換機理，首次觀察到了鉺鐿矽酸鹽化合物中鉺到鐿的背轉移過程。理論計算了鉺鐿/釔矽酸鹽化合物的光增益特性，通過最佳化鉺離子濃度可以獲得10dB/mm以上的光增益，比已有的光波導放大器產品高兩個數量級。在材料成分和結構最佳化的基礎上製備了三種鉺鐿/釔矽酸鹽化合物光波導放大器，分別是條形、溝道和混合波導結構，都觀察到了光放大，並實現了1.9dB的內增益。在光放大的基礎上，首次獲得鉺鐿/釔矽酸鹽化合物的電致發光，發光效率0.1%，發光功率0.1μW，在理論上預測這種材料可以獲得電泵浦雷射的可能性，為最終實現矽基光電集成用的通信波段矽基光波導放大器和雷射器提供了堅實的基礎。 近3年在該項目的資助下，共發表19篇論文，其中13篇期刊論文，6篇國際會議論文，SCI文章12篇，包括3篇Applied Physic Letters，1篇Optics Letters，1篇Journal of Applied Physics，1篇IEEE Photonics Technology Letters，1篇Journal of Physics D: Applied Physics，1篇Optics Communication和3篇Optical Materials，具體成果包括： (1) 最佳化鉺鐿/釔矽酸鹽化合物材料的成分和結構，獲得2個數量級的光增強； (2) 在國際上首次製備出鉺鐿矽酸鹽條形波導放大器、溝道(slot)波導放大器和混合波導放大器，觀察到5dB/cm以上的光放大； (3) 在國際上首次獲得鉺鐿/釔矽酸鹽化合物的電致發光，發光效率0.1%，發光功率0.1μW，並在理論上證明這種材料可以獲得電泵浦雷射的可能性。
