Er：PLZT光波导的溶胶—凝胶法制备及其性能研究

摘要

随着光纤通信和集成光电子学的发展,能够对1.55μm光通讯传输窗口的光信号进行放大并对损耗进行补偿的掺铒光波导放大器(EDWA)受到了人们的广泛关注。作为EDWA的核心,掺铒光波导薄膜的性能将直接影响到EDWA的光学特性,因此对掺铒光波导薄膜的研究具有重要意义。本文选择以PLZT作为掺杂铒离子的基质材料,采用溶胶凝胶法制备Er3+:PLZT系溶胶及其凝胶膜,利用凝胶膜自身的感光性,结合紫外掩模法制备Er3+:PLZT系条形波导。 首先选用乙酸铅、钛酸丁酯、硝酸氧锆、硝酸镧和硝酸铒为起始原料,乙酰丙酮和丙烯酸为化学修饰剂,获得了稳定透明的Er3+:PLZT溶胶。当铒离子含量为6m01％时,制备的凝胶膜经650℃终处理30min后折射率为2.16,在光纤通信的低损耗窗口0.85μm、1.31μm和1.55μm波长附近的透过率均大于83％。 利用凝胶膜良好的感光特性,制得了厚度约230nm的Er3+:PLZT条形波导。研究发现,Er3+:PLZT薄膜的吸收光谱在540nm附近有一吸收峰,对应于铒离子从基态4I15/2跃迁到激发态4S3/2所吸收光子的波长。 为了使Er3+:PLZT波导达到应用时所需的厚度,本文通过添加二甲基甲酰胺(DMF)对Er3+:PLZT溶胶进行了改性,有效地提高了薄膜的厚度,制备的条形波导厚度达430nm;DMF改性后,薄膜在1.31μm和1.55gm波长附近的透过率分别提高了约4％和2％。吸收光谱在522nm、620nm、816nm附近各有一吸收峰,分别对应于铒离子从基态4I15/2跃迁到激发态2H11/2、4F9/2和4I9/2所吸收的光子波长。

目录

文摘

英文文摘

声明

1文献综述

1.1绪言

1.2 EDWA结构及其制备工艺概述

1.2.1 EDWA结构简介

1.2.2 EDWA制备工艺

1.3溶胶-凝胶法制备EDWA及其研究进展

1.4 Er3+的电子结构、能级结构和跃迁

1.4.1 Er3+的电子结构

1.4.2 Er3+的能级结构

1.4.3影响Er3+放大效率的主要因素

1.5掺铒光波导放大器的基质材料

1.6本论文研究工作

1.6.1实验难点

1.6.2研究内容

1.6.3本研究的创新点

2实验方案

2.1实验方案

2.2主要实验设备

2.3实验试剂

3 Er3+：PLZT光波导的制备

3.1引言

3.2溶胶的配制

3.2.1实验过程

3.2.2溶剂的选择

3.2.3修饰剂的选择

3.3薄膜的制备

3.4制备工艺对薄膜透过率及折射率的影响

3.4.1光度法计算薄膜折射率简介

3.4.2热处理温度对薄膜透过率及折射率的影响

3.4.3紫外光照对薄膜透过率和折射率的影响

3.4.4铒离子浓度对薄膜透过率和折射率的影响

3.5薄膜成分分析

3.6薄膜的透射光谱分析

3.7薄膜的吸收光谱分析

3.8 Er3+：PLZT波导的制备

3.8.1凝胶膜的感光性分析

3.8.2紫外掩模法制备条形波导

3.8.3传输模数与最小膜厚的关系

3.9小结

4 DMF改性Er3+：PLZT光波导的制备

4.1实验方法

4.2 DMF的作用及机理

4.3 DMF对溶胶及薄膜特性的影响

4.3.1 DMF对溶胶的影响

4.3.2 DMF对薄膜厚度的影响

4.3.3 DMF对薄膜表面质量的影响

4.3.4 DMF对凝胶膜感光性的影响

4.4 DMF对薄膜光学特性的影响

4.4.1 DMF对薄膜透过率及折射率的影响

4.4.2 DMF对铒离子能级跃迁的影响

4.5小结

5结论

致谢

参考文献

作者在硕士期间发表的论文