溶胶-凝胶法制作光放大薄膜材料的研究

摘要

随着光纤通信和集成光学的发展，掺铒光波导放大器成为了光纤通信与光电子学领域研究和应用的热点。光波导放大器的开发需要光波导薄膜材料的研制。本文的研究工作是分析光波导放大器的结构、光学特性与掺铒光波导薄膜制备的溶胶-凝胶工艺。
　　本文首先介绍了光波导放大器的历史发展过程和近年来的新成果，以及该器件的特点。通过解析速率方程和传输方程，在波长为980nm泵浦光作为泵浦源的条件下，对掺铒光波导放大器的增益特性进行了分析，由于波导放大器的增益是波导长度、掺铒浓度和泵浦功率的函数，因此本论文对三者与信号增益的关系分别进行了讨论。此外本论文还讨论了截面尺寸的影响，对以后的研究工作和波导放大器的设计具有一定的参考意义。然后对Er3+/Yb3+共掺光波导放大器的增益性能进行了讨论。
　　分析了溶胶-凝胶法的原理，并叙述溶胶-凝胶法制备硅酸盐薄膜的工艺。对影响溶胶-凝胶过程的加水量、PH值、乙醇加入量、涂覆层的厚度等工艺条件进行了研究，指出了采用溶胶-凝胶法制备膜存在的问题。提出了制备稳定的多掺杂组分溶胶的方法，包括锗、镱等杂质。并给出了溶胶-凝胶制备光波导的工艺流程。
　　实验中采用溶胶-凝胶工艺制备了透明、稳定的硼酸盐、掺铒的磷硅酸盐、掺铒的铝硅酸盐溶胶。使用浸渍提拉法或旋转涂敷法，并通过放在乙醇蒸汽中干燥，可在玻璃表面得到均匀的凝胶膜。通过多次使用这种方法可以形成厚的硅酸盐玻璃膜层，最后样品在一定温度下烧结得到波导结构。使用显微镜研究了凝胶膜表面性质，测定了样品和胶体的吸收光谱。溶胶－凝胶法在制作均匀性好，高掺铒浓度的硅酸盐玻璃光波导薄膜上具有优势。

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第一章 绪论

1.1 应用前景

1.2 光波导放大器的国内外研究进展

1.3 制作波导薄膜材料的方法

1.4 光波导放大器的基质材料

1.5 本论文完成的主要工作

第二章 Er3+的光放大特性分析及理论设计

2.1 Er3+的特性

2.2 影响Er3+放大的主要因素

2.3 掺铒光波导放大器的速率方程分析

2.4 算法设计及改进

2.5 掺铒光波导放大器的增益特性分析

2.6 铒镱共掺光波导放大器的理论分析

2.7 本章小结

第三章 溶胶－凝胶工艺

3.1 溶胶－凝胶工艺概述

3.2 SiO2溶胶的制备

3.3 陈化过程

3.4 基片的清洗

3.5 涂覆过程

3.6 干燥过程

3.7 烧结过程

3.8 溶胶－凝胶法制备SiO2膜存在的问题

3.9 本章小结

第四章 实验内容及结果分析

4.1 实验所需仪器及药品

4.2 本实验的清洗工艺流程

4.3 薄膜制备

4.4 实验结果与分析

4.5 本章小结

第五章 总结和展望

5.1 本论文研究总结

5.2 论文主要创新点

5.3 前景展望

致谢

参考文献

附录

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