摻鉺Al-,2-O-,3-薄膜制備工藝、光波導(dǎo)增益特性的理論與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、摻鉺光波導(dǎo)放大器不僅可以在全光通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展中發(fā)揮重要的作用,而且也將在光電子集成的研究中發(fā)揮重要的作用.本文探索了摻鉺、鐿鉺共摻Al<,2>O<,3>薄膜和硅酸鹽玻璃的制備工藝,對(duì)摻鉺、鐿鉺共摻Al<,2>O<,3>光波導(dǎo)放大器增益特性進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究,主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:1.用有限元法、傳輸方程和速率方程,數(shù)值模擬了脊形摻鉺Al<,2>O<,3>光波導(dǎo)放大器凈增益與摻鉺濃度、波導(dǎo)長度、泵浦功率和信號(hào)功率的關(guān)系.計(jì)算結(jié)果為有

2、源光波導(dǎo)器件的優(yōu)化設(shè)計(jì),提供了理論依據(jù).討論了光波導(dǎo)器件出現(xiàn)的側(cè)蝕對(duì)放大器凈增益的影響.2.首次分析了多級(jí)脊形摻鉺Al<,2>O<,3>光波導(dǎo)放大器級(jí)聯(lián)的凈增益特性.級(jí)聯(lián)放大系統(tǒng)中,不僅存在第一類凈增益虧損,也可能出現(xiàn)第二類凈增益虧損.凈增益虧損與光波導(dǎo)摻鉺濃度、輸入信號(hào)強(qiáng)度有關(guān).摻鉺濃度越高、信號(hào)功率越強(qiáng),凈增益虧損越大.3.探索了制備摻鉺、鐿鉺共摻Al<,2>O<,3>薄膜的三種工藝方法.其中,首次采用中頻磁控濺射同步沉積法制備了鐿

3、鉺共摻Al<,2>O<,3>薄膜,和首次采用微波等離子體磁控濺射同步沉積法制備了摻鉺Al<,2>O<,3>薄膜.研究了各工藝參數(shù)對(duì)薄膜質(zhì)量的影響,并進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化.制備的薄膜摻雜濃度均勻、致密、粗糙度小、折射率高.4.測量了摻鉺、鐿鉺共摻Al<,2>O<,3>薄膜光致發(fā)光強(qiáng)度與摻鉺濃度、鐿鉺摻雜比、泵浦功率和退火溫度的關(guān)系,并給予定性的解釋.鐿鉺共摻Al<,2>O<,3>薄膜的鐿鉺最佳濃度比為9:1.退火溫度的不同,影響了Al<,2>O

4、<,3>薄膜的相結(jié)構(gòu),導(dǎo)致了光致發(fā)光強(qiáng)度的變化.5.給出摻鉺、鐿鉺共摻硅酸鹽玻璃的制作工藝,分析了它們的光致發(fā)光特性和吸收譜.測量了摻鉺、鐿鉺共摻硅酸鹽體塊玻璃級(jí)聯(lián)時(shí)的光致發(fā)光特性.實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明級(jí)聯(lián)系統(tǒng)中存在著凈增益虧損,測量結(jié)果與數(shù)值模擬計(jì)算相吻合.6.制作了矩形鐿鉺共摻Al<,2>O<,3>光波導(dǎo)放大器.信號(hào)光被調(diào)制為1Hz正弦波時(shí),在68mW功率泵浦下,光波導(dǎo)放大器的總凈增益為8.44dB,單位長度的凈增益為3.77dB/cm.光