一、Rare Earth Doped Glass Waveguide Amplifiers（论文文献综述）
刘雨婷[1]（2021）在《铒镱共掺NaYF4纳米晶的下转换发光性质及在EDWA中的应用研究》文中研究指明伴随着时代的不断发展和进步,通信技术渗透至人们日常生活的脚步逐渐加快,传统的电通信模式越来越不能实现人们对高速、稳定通信的需求。这一需求的出现促进了光通信技术的发展,但光在长距离传输过程中产生的损耗问题无法避免,因此能够对信号损耗进行补偿的光放大器成为了光网络系统的核心。掺铒光纤放大器（Erbium Doped Fiber Amplifier:EDFA）因其低的损耗、宽的频带以及高的增益等优点得到了广泛应用,但通信中光纤长度至少以米为数量级,使其在短距离通信和平面光子集成中应用困难,掺铒光波导放大器（Erbium Doped Waveguide Amplifier:EDWA）逐渐成为研究焦点。EDWA的基质主要分为无机和有机聚合物两种,与无机基质相比,有机聚合物基质材料成本低、制备工艺简单且易于集成,因此广大学者将研究风向逐渐聚焦在有机聚合物光波导放大器上。在有机聚合物EDWA中,铒离子4I13/2能级上的电子向基态4I15/2能级的跃迁会发出波长为1530 nm的光子,刚好与光通信网络的低损耗通信窗口1530～1565nm相对应。在基质中掺入Yb3+作为敏化剂时,可缓解由于Er3+浓度过高产生的浓度猝灭,有效降低器件的泵浦阈值功率,实现器件在更小的泵浦光功率下产生更高的增益性能。基于这些理论模型,本论文合成了一系列不同Er3+、Yb3+掺杂浓度的NaYF4:Er3+,Yb3+纳米晶,系统研究了Er3+、Yb3+掺杂浓度对纳米晶下转换发光性质的影响,并利用优化后的纳米晶材料实现了在光波导放大器中的应用。论文利用高温热分解法合成了9种不同Er3+、Yb3+浓度的NaYF4:Er3+,Yb3+纳米晶,并表征了纳米晶的粒子形貌,可见纳米晶粒径均匀、形貌清晰无团聚;测试了吸收光谱和发射光谱,经分析,Yb3+掺杂浓度相同时,随Er3+浓度的提高,吸收强度和发射强度先增强再逐渐减弱。当Er3+、Yb3+在纳米晶中的掺杂浓度分别为2%、18%时,NaYF4:Er3+,Yb3+纳米晶获得最强的吸收和发射强度以及最大的发射光谱的半高全宽,为62.5 nm。将合成优化后的NaYF4:2%Er3+,18%Yb3+纳米晶均匀分散在SU-8聚合物中,在硅片上旋涂成膜,利用椭偏仪测试出芯层材料的折射率;并设计制备了矩形波导结构,该器件下包层为Si O2基片、芯层材料为掺杂NaYF4:2%Er3+,18%Yb3+纳米晶的SU-8光刻胶、上包层为PMMA聚合物。利用COMSOL软件模拟了波导截面的光场分布,利用Matlab软件模拟了铒离子掺杂浓度、重叠积分因子及信号光功率等参数对器件增益性能的影响。用旋涂、光刻、湿法腐蚀等半导体工艺制备了聚合物光波导放大器,搭建光波导耦合平台测试了器件增益性能,在信号光波长1525 nm,功率0.1 m W,980 nm泵浦光功率为400 m W时,7 mm长的器件获得最大相对增益为2.44 d B,单位最大相对增益为3.49 d B/cm。
张晔明[2]（2020）在《稀土离子掺杂的钇铝硅酸盐玻璃的光纤激光和磁光性能的研究》文中提出低损耗的石英光纤的出现极大地改变了我们的生活。作为一种理想的光波导,石英基光纤已被应用于许多领域,例如光通信、医疗、光纤激光器、环境传感和精密加工等。经过几十年的发展,商用石英光纤的传输损耗已接近理论最小值,并建立了完整的上下游产业。然而,二氧化硅材料的透射窗主要位于近红外区域,这不利于其在中红外区域的光谱应用。另一方面,二氧化硅材料的光学非线性对应用而言太低,这限制了光纤基非线性光学器件的发展。为满足日益发展的具体应用对于光纤性能的多元化需求,开发可实现新功能的特种光纤是最根本的解决方法。在最近三十年里,由于以管棒法,熔芯法,热拉法等为代表的先进光纤拉制工艺的成功,大量不同的特种光纤相继被研究和报道,为具体应用提供了重要的可选解决方案。通常来说,更复杂的截面几何结构或者独特的芯包材料成分是特种光纤实现特殊性能的基础。在过去二十年里,一种典型的多组分玻璃光纤——钇铝硅酸盐（YAS）玻璃光纤因为其灵活的稀土掺杂制度、良好的物化稳定性、优秀的光学性能、可靠便利的制备、与石英光纤网络兼容等特点受到了广泛的关注和研究。本文在对熔芯法以及YAS光纤的制备的相关文献进行充分的调研的基础上,以扩展YAS光纤的应用潜力和探索其形成机理为目的展开了一系列的工作。所研究的内容包括熔芯法路线中关于YAS光纤的形成机理、YAS光纤波导结构特点、稀土离子掺杂的YAS体系实现的光纤激光和磁光性能等。我们相关工作有助于从工艺底层认知这一类芯包异质光纤的制备并实现对光纤性能的调控。本文具体研究成果包括:（1）基于熔芯法工艺,使用不同凝聚态的原料(粉末、钇铝石榴石(Y3Al5O12,YAG)晶体、YAG陶瓷)拉制了YAS光纤并对所得光纤性能进行对比。实验表明,高温固相法烧结的YAG陶瓷（密度等同于单晶的60%）可以作为一种较可靠的芯棒原料以制备具有不同稀土掺杂制度的YAS光纤。此外,设计了对比实验研究光纤拉丝过程中不同初始牵引力的影响。结果表明YAS光纤的形成机制包含了随着时间变化的“持续性”的元素扩散过程和基于异质界面应力挤压的特色的短效“突变性”机制。关于后者的讨论可以适用于大部分采用熔芯法拉制的具有异质芯包材料组成的预制棒的情况中。通过合理的拉丝参数,所制备的YAS光纤的波导结构参数理论上可调控。（2）研究了使用1 at%的Nd:YAG晶体拉制的Nd:YAS光纤的波导结构和光谱特点。根据YAS光纤的元素与光纤截面上应力、折射率的分布提出了“树轮”型结构模型。基于所制备的Nd:YAS光纤搭建了全光纤激光谐振腔,实现了1064 nm的光纤激光出射并表征了所搭建的光纤激光器性能参数。另外,我们使用10 at%的Nd:YAG陶瓷制备了高Nd3+含量的YAS光纤,在基于1.7 cm长的分布式布拉格反射（DBR）腔上实现了单频激光输出。（3）使用高温固相法制备了包含不同掺杂浓度的Tm:YAG陶瓷并拉制为具有不同Tm3+含量的Tm:YAS光纤。对比分析了Tm3+离子浓度对于Tm:YAG陶瓷的荧光性能以及荧光寿命的影响。使用所制备的Tm:YAS光纤搭建了线性全光纤激光谐振腔,实现了1950 nm的激光输出。这一工作首次报告了2?m波段的YAS光纤激光,并证明了基于熔芯法制备YAS光纤可实现灵活的稀土离子掺杂（在浓度和种类搭配上）,这表明YAS光纤在稀土相关的应用领域具有普适的潜力。（4）使用10 at%的Yb:YAG透明陶瓷拉制了高掺杂的Yb:YAS光纤,表征了所拉制光纤的荧光性能。搭建了4.4 cm长的光纤放大器,对所制备YAS光纤的单位长度增益性能进行了表征,并基于DBR短腔实现了Yb:YAS光纤的单频光纤激光输出,这个工作首次证明了YAS光纤可以作为一种稳定的多组分玻璃光纤用于实现单频激光。（5）作为与稀土离子相关的一大应用领域——磁光应用的探索,我们通过熔融淬冷法制备了一系列含高Tb掺杂浓度的TAS、TASB玻璃。分析了加入B2O3对于对玻璃样品的法拉第偏转角、折射率、热性能以及玻璃微结构的影响。结果表明,所制备的玻璃具有优良的综合性能。由于所制备的TAS玻璃成分来源于我们已实现的YAS光纤纤芯,相关的研究有助于实现基于YAS体系的磁光光纤的开发。
杨育[3]（2020）在《用于S波段光波导放大器的有机/无机复合增益介质制备及研究》文中指出光通信技术的出现不仅提高了信息传递的效率,改变了人类的生活方式,更极大的促进了世界的发展与进步。在此技术领域中,以二十世纪八十年代诞生的掺铒石英光纤放大器（Erbium Doped Fiber Amplifier,EDFA）为代表的全光放大技术解决了在远距离传输中由于光信号衰减损耗而对光通信网络传输中的速率的问题与距离的限制。随着网络通信需求呈指数性增长对数据传输的要求也在不断提高。如何实现更大容量信息传输和更快实时信息处理以满足在网络通信中日益增长的需求已经成为人们关心的焦点问题。目前在C+L（15301625 nm）波段的光放大技术研究已经有了长足的进展,但关于S波段（14601530 nm）的光放大技术还处于探索阶段。稀土元素铥掺杂的材料因Tm3+离子3H4-3F4能级辐射的1.4μm近红外光位于光通信S波段,所以研制掺Tm3+离子的光放大器对S波段光信号的放大具有重要意义。用于全光放大通信系统的光放大器主要有光纤放大器和光波导放大器。当前,掺Tm3+离子的光纤放大器TDFA研制已经取得较大的进展,但是由于光纤放大器以光纤为载体,实现信号光的有效放大需要较长的光纤,所以在集成器件、光纤到户、车载、机载等短距离通信系统中受到了一定的限制。而于光纤放大器相比而言,光波导放大器可以通过提高稀土离子的掺杂浓度来实现在单位长度的较高增益。并且小型化、可与其他电子器件集成的光波导放大器在短距离、集成通信系统中能够有效地降低其插入损耗和耦合损耗,因而更具有集成化发展前景。光波导放大器根据增益介质的不同,可分为无机光波导放大器和有机光波导放大器。相对于无机的晶体等材料,有机聚合物有着加工工艺简单、价格低廉和更利于制备且易于与硅基基质兼容等特点。因此,有机光波导放大器成为最有发展前途的光波导器件之一。为了能够有效地在光波导器件中掺杂稀土离子,研究人员采用在稀土纳米粒子表面修饰油溶性基团,并将其掺杂在聚合物中制备有机光波导放大器。当前,面向S波段有机光波导放大器的掺铥纳米复合聚合物的制备与及发光性质的研究还处于起步阶段。在这项研究中有许多关键性科学问题需要探索解决。首先,稀土纳米粒子形貌、尺寸,铥离子及敏化剂离子的掺杂浓度以及铥离子在1.4μm处的发光性质,这些参数如何影响光波导器件在单位长度上的增益?其次,稀土纳米粒子的尺寸、表面性质、纳米粒子在聚合物中的比重及掺杂方式等如何影响其在聚合物基质中的分散程度,进而影响光波导器件的散射损耗?对这些科学问题进行探索将对S波段有机光波导放大器的制备提供理论基础。针对以上的问题,在本论文中我们开展了如下的实验工作:（1）利用高温热解法制备了分散性良好,尺寸均匀的NaYF4:20%Yb,x%Tm纳米粒子。探索了纳米粒子中Tm3+离子的掺杂比例,从0.2%、0.4%、0.6%一直增加到2.0%。利用高分辨透射电子显微镜和XRD对制备的纳米粒子的形貌、尺寸和晶体结构进行了表征;利用FTIR对材料的表面性质进行了表征;利用SPEX 1000M荧光光谱仪和示波器对纳米材料的发光性质和激发态寿命进行了测试。实验结果表明:制备的掺杂不同浓度Tm3+的纳米粒子尺寸相近,均约为11 nm,且分散性良好,晶体结构均为六角相。通过光谱手段,获得了纳米粒子在1.4μm处的下转换发光强度,随着Tm3+的掺杂浓度增加呈现先增加再减弱的趋势。找到了NaYF4:20%Yb,x%Tm纳米粒子在1480 nm处发光最强的Tm3+掺杂浓度,并通过纳米粒子的激发态能级寿命变化验证了纳米粒子发光强度减弱主要是因为Tm3+浓度升高猝灭导致的。红外吸收光谱数据表明,纳米粒子的表面被成功修饰上C=C不饱和官能团,为下一步将纳米粒子与聚合物单体共聚,为实现纳米粒子在聚合物中的化学掺杂做好了准备。（2）利用共聚法,将纳米粒子NaYF4:Yb,Tm与PMMA通过共价键镶嵌的方式链接在一起,实现了纳米粒子在聚合物中均匀、稳定掺杂,获得了无色透明的NaYF4:Yb,Tm-PMMA有机/无机复合聚合物。利用这种有机/无机复合聚合物作为增益介质,获得了在S波段能够实现光放大的有机光波导放大器。首先,在聚合反应过程中,通过调整反应温度与反应时间来改变复合聚合物的粘稠度。然后,当复合聚合物具有适宜粘度时将复合聚合物旋涂在经过ICP刻蚀的聚甲基丙烯酸甲酯凹槽中,再通过烘干处理制备出倒脊型结构的光波导器件。在长度为13mm的光波导器件中,以1480 nm的光为信号光测得1.4 dB的相对增益,这是首次在稀土NaYF4:Yb,Tm纳米晶掺杂的有机/无机复合光波导器件中获得S波段的信号增益。实验结果表明通过化学方法将稀土纳米粒子链接在聚合物基质中制备有机/无机复合聚合物有利于稀土纳米粒子的分散,减小团聚。利用这种NaYF4:Yb,Tm-PMMA有机/无机复合聚合物制备的聚合物光波导器件具有较好的光放大性能。在稀土NaYF4:Yb,Tm纳米晶掺杂的有机/无机复合光波导器件中获得S波段的信号增益,对未来利用这种有机/无机复合聚合物作为增益介质制备光波导放大器,实现全光放大和短距离通信波段的展宽具有重要研究意义。
符越吾[4]（2020）在《基于NaYF4:Er3+，Yb3+纳米晶的损耗补偿聚合物波导功率分束器研究》文中提出光通信是一种基于光波载波的通信方式,自20世纪70年代以来,随着人们对通信的要求愈加强烈,光通信因其具有的传输容量大、中继距离长、保密性能好等优点获得了突飞猛进的发展,并成为了通信行业的重要支柱。在光通信网络中,存在着大量的平面光电子集成器件,如光调制器、光开关、复用/解复用器等,它们作为光网络的构成基础,正随着光网络的发展而快速发展。这些光电子器件在工作过程中会不可避免地产生损耗,如果不对此进行补偿,就会大幅降低信号的传输距离、增加误码率。光放大器是一种可以通过泵浦源激励对信号光进行放大的光学器件,能够实现对器件损耗的补偿功能,掺铒光波导放大器作为光放大器的一种,兼具体积小、增益高的特点,在集成光学中得到了广泛的应用。掺铒光波导放大器有着易于集成的特点,但是当插入独立的光放大单元时,其他功能器件的使用空间会不可避免的降低。如果可以让光学器件在实现基础功能的同时,还能够通过具有增益特性的波导材料对自身的损耗进行补偿,就可以在降低器件损耗的同时浪费芯片的使用空间。本论文提出采用具有光放大性能的掺杂聚合物作为集成波导器件的芯层制备Y分支功率分束器,在不占据多余空间的前提下,通过泵浦光的作用使器件具有补偿自身损耗的功能,是一种解决器件芯片空间使用效率和插入损耗这一矛盾的有效方法。论文设计并制备了基于NaYF4:Er3+,Yb3+纳米晶的倒脊形聚合物光波导放大器。采用高温热分解法制备了NaYF4:Er3+,Yb3+纳米晶,并对其吸收谱、发射谱、粒子形貌等方面进行了表征;根据表征得到的参数,利用Matlab、COMSOL等软件对器件的增益特性及光功率分布进行了模拟仿真;将纳米晶均匀分散在SU-8光刻胶中作为波导芯层材料,PMMA聚合物和SiO2分别作为器件的上下包层,采用半导体工艺制备了倒脊形结构的聚合物光波导放大器。测试结果显示,当1530 nm信号光功率为0.1 mW,980 nm泵浦光功率为267.7 mW时,器件获得的最大相对增益为3.5 dB。在光波导放大器的研究基础上,论文提出并实现了一种基于NaYF4:Er3+,Yb3+纳米晶的具有损耗补偿功能的聚合物Y分支功率分束器。根据材料性能,利用Rsoft、COMSOL等软件对器件结构参数进行了优化设计,并模拟仿真了器件中的光场传输。以纳米粒子掺杂的SU-8聚合物作为芯层材料,刻蚀SiO2作为下包层,PMMA聚合物作为上包层,通过光刻、刻蚀、旋涂等工艺制备了器件。经测试,器件两分支的插入损耗约15 dB,当输入1530 nm信号光功率为0.05 mW时,980 nm泵浦光功率267.7 mW下两分支波导分别获得了5.81 dB和5.41 dB的损耗补偿特性。论文最后针对光纤隔离器在集成光芯片上使用受到限制的问题设计并模拟了一种能够进行残余泵浦光解复用的集成波导结构。根据波导的定向耦合理论和光波导设计理论,优化设计出泵浦光解复用器的波导宽度、高度、间距等参数。模拟结果显示,该结构可以对980 nm泵浦光激发的1550 nm和540 nm两种放大器实现输出端泵浦光解复用功能。通过将该结构集成在波导放大器或损耗补偿器件的输出端,可以将输出波导中的泵浦光与信号光解复用,以避免残余泵浦光对器件性能测试的影响。
刘锐[5]（2020）在《高功率光纤激光器用掺镱光纤的设计、制备和性能研究》文中提出高功率光纤激光器和放大器由于具有效率高、体积小、光束质量好、便于热管理、稳定性高等优点,近些年得到了快速发展,其广泛应用于工业加工、军事、医疗、科研等众多领域。但光致暗化和非线性效应阻碍了光纤激光器输出功率的进一步稳定提升,本论文主要从高功率光纤激光器用掺Yb光纤光致暗化和非线性效应抑制等方面开展了相关的试验研究,最终实现了光纤激光的高功率稳定输出。从掺Yb光纤的设计出发,阐述和模拟了掺Yb光纤的基本结构、组成、数值孔径、模场直径和归一化频率等参数对光纤性能的影响。阐述了高功率光纤激光器用掺Yb光纤预制棒制备技术、拉丝技术和测试技术。进一步分析了掺Yb光纤制备过程中需注意的事项及所发生的化学反应,并且采用相关的测试技术对掺Yb光纤进行了测试分析。在光致暗化效应测试表征方面,探讨了国内外光致暗化测试进展,搭建了光致暗化测试系统。基于掺Yb光纤激光器稳态速率方程和振荡器理论模型,优化了光致暗化系统测试过程中的泵浦方式、泵浦功率和测试光纤长度。采用GR&R的方法对该系统进行了评价,结果5.9%表明系统状态良好,满足重复性和稳定性测试要求。针对高功率光纤激光器用掺Yb光纤普遍存在的光致暗化问题,试验验证了Ce掺杂可明显改善Yb掺杂铝硅酸盐光纤的光致暗化抑制性能,并优化了Ce的掺杂浓度。发现少量P（P2O5～0.27 mol%）掺杂可明显改善Yb/Ce共掺铝硅酸盐光纤的光致暗化抑制性能,但未降低光纤的包层泵浦吸收。发现在纤芯中共掺杂一定浓度Ce2O3（～0.05mol%）、P2O5（～0.83 mol%）和Al2O3（～1.61 mol%）的Yb/Ce/P共掺20/400μm铝硅酸盐光纤表现出优异的光致暗化抑制性能,在现有测试条件下633 nm处的光致暗化附加损耗约为0 d B/m。在光纤中掺杂各个组分未明显引入附加的纤芯损耗,提出Yb/Ce/P共掺铝硅酸盐光纤光致暗化抑制的机理是各掺杂组分的协同抑制作用。通过将低折射率氟掺杂石英单元嵌入光纤预制棒内包层,减小光纤圆形内包层的有效泵浦面积被证明是提高双包层掺Yb光纤包层泵浦吸收的一种有效方法,即使光纤内包层是圆形结构。提出了一个修正的模型来评估计算内包层改性圆形光纤的包层泵浦吸收,包层泵浦吸收的大小取决于嵌入内包层掺氟石英单元的数量N和直径D。相比常规的八边形掺Yb光纤,所制备的圆形掺Yb光纤可较好的实现与圆形无源被动光纤包层对准熔接,包层泵浦吸收的增大使其在全光纤谐振腔系统中可提高31.3%非线性受激拉曼（stimulated Raman scattering,SRS）阈值。针对常规Yb掺杂铝硅酸盐光纤在光谱合束短波长区域输出激光受放大自发辐射（amplified spontaneous emission,ASE）和非线性效应抑制的问题,制备了Yb掺杂25/400μm磷硅酸盐二元光纤。相比常规Yb掺杂铝硅酸盐光纤,MOPA结构1046 nm激光性能测试证明了Yb掺杂磷硅酸盐二元光纤在短波长具有更好的ASE和非线性效应抑制结果。与铝硅酸盐材料相比,磷硅酸盐材料组成增大了配位的不对称度,导致发射峰蓝移是Yb掺杂磷硅酸盐光纤更适合短波长激光输出的主要原因。试验发现光纤纤芯台阶式结构设计可实现纤芯低数值孔径控制,在高功率激光下可获得优异的光束质量输出。
詹鸿[6]（2019）在《基于配体传能机制的有机光波导放大器的基础研究》文中提出平面光波导放大器是密集波分复用（DWDM）传输系统的重要组成部分,可对光传输过程中的各类损耗进行补偿和放大,它是集成光子器件中的一个重要元件。随着对平面光子器件性能要求的不断提高,具有尺寸小、易于集成、增益性能稳定的掺钕光波导放大器（Neodymium Doped Waveguide Amplifier:NDWA）与掺销光波导放大器（Erbium Doped Waveguide Amplifier:EDWA）成为人们研究的重点对象。基于钕离子在800nm波长处、铒离子在980nm波长处的本征吸收,传统的NDWA和EDWA分别采用808nm波长和980nm波长的半导体激光器作为泵浦源直接激发稀土离子产生荧光发射。这类泵浦源体积大、成本高、无法实现集成,且直接激发稀土离子所需泵浦功率较大,导致器件端面发热,影响性能稳定性。基于此,本论文提出对具有配体传能机制的有机NDWA和EDWA开展基础研究,这类波导放大器可采用价格低廉、易于集成的蓝紫光LED激发,具有广阔的市场前景,论文开展的主要内容如下:1、制备了两种掺杂钕配合物Nd（DBT）和Nd（DPE）的甲基丙烯酸甲酯（PMMA）有机薄膜,对这两种薄膜的紫外可见近红外吸收光谱、405nm氘灯和LED激发下的荧光光谱进行了表征;采用Judd-Oflet理论对吸收、发射光谱进行了分析,计算得到,在Nd（DBT）-PMMA和Nd（DPE）-PMMA薄膜中,Nd3+离子能级寿命分别为398.36us和679.82us,实测能级寿命分别为3.4us和3.8us,量子效率为0.85%和0.56%。2、根据实验光谱数据,建立了基于配体与Nd3+离子传能机制的有机NDWA的理论模型,通过Matlab编程,对掺杂Nd（DBT）的PMMA光波导放大器的增益性能进行了数值模拟,讨论了不同参数与器件增益间的关系,结果表明:在405nm LED泵浦下,泵浦功率为50mW,在2cm的器件上得到最大理论增益为3dB;对比了传统的808nm直接泵浦与405nm间接泵浦的增益情况,当器件产生增益时,采用808nm泵浦器件需要27mW的泵浦功率,而采用405nm泵浦只需11mW。3、合成了铒三元配合物Er（TTA）3（TPPO）2材料,将其掺杂在PMMA中制成薄膜;测试了Er（TTA）3（TPPO）2粉末和Er（TTA）3（TPPO）2-PMMA薄膜的紫外可见近红外吸收光谱、350nm和405nm氘灯激发下的荧光光谱;采用Judd-Oflet理论对光谱数据进行了分析,计算得到,在Er（TTA）3（TPPO）2-PMMA薄膜中,Er3+离子荧光寿命为12.24ms。4、建立了基于配体与Er3+离子传能机制的有机EDWA的理论模型,通过Matlab编程,对掺杂Er（TTA）3（TPPO）2的PMMA光波导放大器的增益性能进行了模拟分析,讨论了不同参数与器件增益间的关系,结果表明:在405nm LED泵浦下,泵浦功率为25mW,在2cm的器件上得到最大理论增益为9.2dB;对比了传统的980nm直接泵浦与405nm间接泵浦的增益情况,当器件产生增益时,采用980nm泵浦器件需要21mW的泵浦功率,而采用405nm泵浦只需4mW。5、研究了钕配合物、铒配合物材料的器件化条件,分别设计并制备了适合材料的嵌入型与脊型光波导,搭建了器件测试系统,获得了信号光在波导输出端的近场光斑。
毛文韬[7]（2019）在《基于分子内能量传递机制的掺稀土元素有机光波导放大器研究》文中研究指明目前,基于光纤通信技术已构建了全球化的全光通信网络,但是,长距离的光纤通信会导致光信号的损耗,因此,在全光通信网络中需要一种能够放大光信号的器件,即光放大器,这种器件能够将损耗后的信号放大为正常信号。在光放大器中,掺稀土元素的平面光波导放大器具备制作工艺简单、集成化高、增益性能强的特点,成为近年来的研究热点。光波导放大器一般采用980nm或808nm等波长的半导体激光器作为泵浦源,根据稀土离子对这些泵浦波长的本征吸收来实现粒子数反转,从而产生增益。而采用稀土离子配合物材料制备的平面光波导放大器,可利用有机配体在200nm-450nm波长处具有连续、较强吸收带的特点,将低功率、低成本的LED光源替代价格昂贵的半导体激光器作为泵浦源,降低了器件应用的成本,可望得到广泛的应用。本文提出了将有机配体与中心稀土离子之间的分子内能量传递作用应用于平面光波导放大器的理论与实验可能性,对Yb-DPE（二季戊四醇镱）和Yb-DBT（二苯并噻吩镱）两种掺镱配合物材料和一种掺铒配合物材料ErQ3（三（8-羟基喹啉）铒）进行了吸收、发射、成膜等特性研究,探讨了基于分子内能量传递作用的掺稀土元素有机光波导放大器的制作工艺。具体工作如下:1.根据有机配体Q（8-羟基喹啉）与Er3+离子之间的分子内能量传递机制,建立了掺铒有机光波导放大器中的原子速率方程和光功率传输方程,基于重叠积分因子和龙格-库塔法对方程进行简化,计算出模拟增益,结果表明:当波导长度为2cm,波导横截面大小为3.6×10-11m2时,在350 nm LED激发下,当泵浦光功率为1mW时,可开始产生增益,当泵浦光功率达到3.5mW时,理论上可获得5.4dB的光增益。2.对掺铒配合物ErQ3粉末进行了紫外可见近红外吸收光谱和350nm波长LD激发下的荧光光谱表征,结果证明铒配合物ErQ3存在分子内能量传递机制,配体能够将吸收的蓝紫外波段的光能量传递给中心Er3+离子,实现1535nm波长信号光的放大。制备了铒配合物ErQ3掺杂的甲基丙烯酸甲酯（PMMA）有机聚合物薄膜,对薄膜的吸收光谱进行了表征。3.根据有机配体DBT（二苯并噻吩）和DPE（二季戊四醇）与Yb3+离子之间的分子内能量传递机制,建立了掺镱有机光波导放大器中的原子速率方程和光功率传输方程,理论计算出材料的增益性能,结果表明:当波导长度为2cm,波导横截面大小为3.6×10-11 m2时,在405nm LED激发下,当泵浦光功率达到1.5mW时,可开始产生增益,当泵浦光功率达到6mW时,理论上可获得5.1dB的光增益。4.制备了两种掺杂镱配合物Yb-DBT和Yb-DPE的甲基丙烯酸甲酯（PMMA）有机薄膜,对这两种镱配合物的粉末和薄膜的紫外可见近红外吸收光谱和405nm LD和LED激发下的荧光光谱进行了表征。结果表明DBT和DPE两种配体与中心Yb3+离子之间存在分子内能量传递机制,材料可望实现980nm近红外波段的光放大。5.研究了镱配合物、铒配合物材料的器件化条件,分别设计并制备了适合材料的嵌入型光波导,搭建了测试系统,获得了信号光在波导输出端的近场光斑。
崔文达[8]（2018）在《掺稀土离子新型薄层激光器研究》文中指出半导体泵浦高能全固态激光器在基础科学、国防、工业加工和环境监测等领域有广泛的应用,增益层厚度在微纳尺度的固体激光器具有高比表面积,散热速度快,有潜力实现百kW级平均功率输出。本论文以全固态薄层激光器为研究对象,关注端面泵浦和表面垂直泵浦两种结构,前者的典型代表为平面波导陶瓷激光器,流延成型技术具有精度高、厚度可控、可续化生产等特点,可制备大面积平面波导陶瓷,对此类陶瓷平面波导激光特性的研究具有十分重要的意义;后者兼容大模场面积和高光束质量,有潜力实现更高功率和光束质量输出,但有限的吸收和增益厚度限制了此类激光器的发展,突破增益层厚度瓶颈对其实现高功率和高效率输出十分重要。本文首先基于非水基流延成型技术制备了YAG/Yb:YAG/YAG平面波导样品,陶瓷烧结过程中Yb离子的扩散使得样品具有天然的渐变折射率波导结构,针对这一特性,采用广角束传播方法（Wide-Angle BPM）建立了低光束质量半导体泵浦光在渐变折射率波导中的传输模型,全面评估了渐变折射率陶瓷平面波导的泵浦效率和出光特性。在波导样品参数确定的前提下,优化了泵浦光聚焦参数。此模型可用于优化其他平面波导结构的泵浦效率,并用于评估不同的泵浦源。搭建了基于流延法的小型平面波导陶瓷激光器,实现了连续光58W输出,温升控制在50K左右,光光效率……。为提高表面反射式泵浦出光激光器性能,本文设计了一种含光栅波导结构的薄层激光器,并基于严格耦合波理论进行了数值模拟计算。本文发现通过优化光栅基底和膜层参数,使泵浦光和激射光同时产生导模共振（GMR）效应,其结果是一方面使泵浦光的受激吸收和辐射得到明显增强,另一方面可利用其高反射特性构建谐振腔,实现特定角度的反射式泵浦出光。本文详细讨论了光栅波导结构的等效吸收截面、Purcell系数等参数,结合速率方程理论,分析了实现GMR效应时激光器的性能变化,结果表明经过优化设计的微纳结构可以有效地提高反射式薄膜激光器的效率,同时光场局域化效应也将影响激光器的时间响应特征。根据数值计算,光栅波导薄层激光器要求光栅与增益层具有显着的折射率差,且最好增益层折射率大于光栅基底。本文定制石英基底光栅,为提高增益层折射率,本文将平均粒径10 nm Nd2O3纳米颗粒和3 nm的TiO2颗粒混合,通过改变两种纳米颗粒的体积分数可以灵活调整增益层的等效折射率,同时有效降低了散射损耗。本文搭建了测试光栅波导结构受激吸收和辐射增强效应的平台,验证了光栅波导结构的GMR效应对受激吸收和发射的增强作用,为实现反射式泵浦薄膜激光器出光奠定了基础。本文最后基于光栅波导结构放大器,设计了一种实现更高功率的全固态激光输出的反射式泵浦放大架构,确定了基本模块的设计参数,以实现兆瓦级功率输出为目标,推算了系统参数。
张美玲[9]（2018）在《稀土掺杂聚合物-SOI光波导放大器的研究》文中研究表明近年来,硅基光子学的研究得到了飞速发展,多用途的无源和有源硅基纳米光子器件在多个领域展现出巨大应用前景,受到国际学术界和产业界的极大关注。其独特优势在于,可利用现有的微电子互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺来实现大规模、低成本、低功耗的光电集成。基于与CMOS兼容的工艺,可以制作出高折射率差、低损耗的紧凑型硅波导和氮化硅波导。同时,基于绝缘体上硅（SOI）波导和氮化硅（Si3N4）波导体系,已研制出硅基调制器、滤波器、波分复用器以及探测器等各种功能器件。但挑战仍然存在,大规模的片上集成器件存在一定的损耗,限制器件性能同时增加了传输信号的误码率,因此片上光波导放大器的需求日益迫切。然而硅是间接带隙半导体,硅本身不能单独完成高效集成光学互连的使命,因此,与其他有源材料集成是非常必要的。铒掺杂的聚合物材料具备制备工艺简单,种类多样、折射率差易于调整,易于实现高密度大规模集成等优势,是与绝缘体上硅（SOI）波导和氮化硅（Si3N4）波导集成制备光波导放大器的良好选择。目前报道的聚合物材料的光波导放大器的增益结果都不甚理想,这主要是由于:无机稀土离子与有机聚合物的物理掺杂方式限制了稀土离子的掺杂浓度,波导内光场密度低,因此新型的掺杂方式和波导结构亟待被开发。针对这一问题,本论文对高增益、低阈值泵浦功率、结构紧凑的SOI-铒掺杂聚合物混合集成光波导放大器进行了系统研究。主要开展的工作及创新点如下:1、粒径均一、小尺寸的纳米颗粒可以均匀分散于聚合物中,从而降低了光的散射损耗,但是小尺寸纳米粒子的比表面积比较大,大量的表面缺陷和表面活性剂分子很容易导致荧光中心无辐射跃迁而使荧光猝灭。针对这一问题,本文采用在纳米粒子表面包覆活性壳层(壳层中含有敏化剂Yb3+)的方法提高铒镱共掺纳米粒子在1.53μm发光强度。探索异质壳核诱导方法,合成了核-壳结构的α-NaYF4/β-NaLuF4:Yb3+,Er3+纳米粒子,通过透射电子显微镜观察,纳米粒子形貌良好,分散均匀,包覆壳层前后,纳米粒子的粒径分别为13 nm和21nm。这是本文在材料方面的一个创新点。2、在对纳米粒子进行光学改性研究的基础上,为了进一步提高增益,本文采用在纳米粒子表面修饰不饱和基团与有机聚合物前驱体共聚的方法制备一种新型高掺杂稀土纳米粒子的有机聚合物:NaYF4/NaLu F4:Yb,Er NCs-PMMA键合型复合材料。与传统物理掺杂相比,Er3+的掺杂浓度提高了一个数量级,同时,也改善了材料的稳定性。分别对α-NaYF4/β-Na Lu F4:Er3+,Yb3+NCs-PMMA材和α-NaLu F4NCs-PMMA两种材料的红外发射光谱分别进行了测试,纳米粒子包覆壳层后的荧光发射强度较α-NaLuF4提升了近6倍,荧光光谱的半高宽也得到了展宽,为62 nm。将这种新型聚合物材料作为增益介质用于高增益聚合物光波导放大器的制备是本文在材料方面的重要创新点。3、采用NaYF4/NaLu F4:Yb,Er NCs-PMMA键合型复合材料作为波导的芯层制备倒脊型光波导放大器。基于有限差分法对波导放大器的单模条件及光功率占比进行计算。建立了980 nm泵浦的铒镱共掺七能级系统模型,通过分析将其简化,获得原子速率方程和光功率传输方程。通过对有源芯层材料吸收光谱及发射光谱的测试,结合Judd-Ofelt理论,对增益特性模拟所需参数进行了计算。结合Matlab软件编程,对波导放大器的增益特性进行了精确分析。优化了波导的长度、信号光及泵浦光的输入功率等关键参数。我们采用传统的半导体工艺制备了器件并对其增益性能进行了测试。在1.3 cm长的器件上,当信号光功率为0.1 mW,泵浦光功率为400mW时,获得了29.2 dB的相对增益,此时器件的传输损耗为5.3±0.3 dB/cm,光纤与波导端面耦合损耗为3.6 dB。经计算,该器件的净增益为15.1 dB,为目前报道的在聚合物波导放大器上获得的最大增益值。4、提出将增益聚合物填充到狭缝波导中制备新结构的光波导放大器。狭缝波导可以将电场集中限制在纳米尺度的低折射率狭缝中,狭缝区域内的光场密度很高,比常规微米尺度矩形介质波导的光场密度高近20倍,这将提高信号光、泵浦光与增益介质的相互作用。该结构对于提高放大器的增益性能和降低泵浦光的阈值功率具有重要价值,是本文在器件结构设计方面的一个创新点。基于电磁场本征方程及其有限差分形式,通过全矢量有限差分方法对SOI狭缝波导的模式进行了分析。合成了NaYF4:10%Er3+NCs-PMMA材料,将其填充至SOI狭缝波导中作为增益材料,结合波导的重叠积分因子及有效截面积对波导的尺寸进行了优化,硅波导高度为250 nm,宽度为222 nm,狭缝宽度为100 nm。建立了1480 nm泵浦的Er3+四能级跃迁模型,对基于SOI狭缝结构的光波导放大器增益性能进行了分析;对芯层材料的折射率、荧光光谱和吸收光谱进行了表征,结合J-O理论对模拟所需的参数进行了计算;结合增益特性对波导关键参数进行了优化,当信号光功率为0.001 mW,泵浦功率为20 mW时,在1.5 cm长的波导上可获得5.78 dB的净增益。为了降低传输损耗,引入低损耗的Si3N4狭缝波导,通过相同的理论分析方法对Si3N4狭缝波导进行尺寸优化,优化的Si3N4高度为400 nm,宽度为400 nm,狭缝宽度为200 nm。理论计算表明,当波导传输损耗为3dB/cm时,在6cm长度器件可获得8.2d B净增益。上述研究为波导放大器提供了新的思路及方向。
陈子萍,舒浩文,王兴军[10]（2017）在《硅基集成光波导放大器的最新研究进展》文中研究表明在信息化进程中,随着摩尔定律越来越接近极限,将微电子和光电子结合起来,开发硅基大规模光电子集成技术已经成为技术发展的必然和业界的普遍共识.在硅基光电子集成器件中,硅基光源是重中之重.虽然硅是间接带隙半导体材料,发光效率很低,但人们一直没有放弃制备硅基光源.硅基光源包括硅基光波导放大器、发光二极管、激光器等,其中硅基光波导放大器又是激光器的基础,是硅基光电子集成回路中不可或缺的器件,如果光波导放大器有足够高的净增益,在光波导放大器的两端设计合适的谐振腔就可以获得光泵的激光.本文着眼于硅基光波导放大器,介绍了目前硅基光波导放大器最主要的两个研究方向,即硅基混合集成Ⅲ- Ⅴ族半导体光波导放大器和硅基掺稀土离子光波导放大器.并分别讨论了这两个研究方向的原理、制备方法、发展过程等,列举了相关的典型研究成果,最后简单介绍了其他光放大技术,并做了相应的分析、总结和展望.
二、Rare Earth Doped Glass Waveguide Amplifiers（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、Rare Earth Doped Glass Waveguide Amplifiers（论文提纲范文）
（1）铒镱共掺NaYF4纳米晶的下转换发光性质及在EDWA中的应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 光波导放大器简介 |
| 1.2 光波导放大器的分类 |
| 1.2.1 无机光波导放大器 |
| 1.2.2 有机聚合物光波导放大器 |
| 1.3 光波导放大器的研究进展 |
| 1.3.1 无机光波导放大器的研究进展 |
| 1.3.2 有机聚合物光波导放大器的研究进展 |
| 1.4 本论文的主要研究内容 |
| 第2章 Er~(3+)、Yb~(3+)共掺光波导放大器的理论基础 |
| 2.1 Er~(3+)、Yb~(3+)共掺系统介绍 |
| 2.1.1 稀土元素 |
| 2.1.2 Er~(3+)、Yb~(3+)的能级结构 |
| 2.1.3 Er~(3+)、Yb~(3+)的跃迁模型 |
| 2.2 EDWA基本结构 |
| 2.3 Er~(3+)、Yb~(3+)共掺光波导放大器的理论模型 |
| 2.3.1 原子速率方程 |
| 2.3.2 光功率传输方程 |
| 2.4 Judd-Ofelt理论 |
| 第3章 NaYF_4:Er~(3+),Yb~(3+)纳米晶的合成与优化 |
| 3.1 纳米晶合成方法简介 |
| 3.1.1 微波辐射法 |
| 3.1.2 共沉淀法 |
| 3.1.3 水热/溶剂热法 |
| 3.1.4 原位水热法 |
| 3.1.5 高温热分解法 |
| 3.2 NaYF_4:Er~(3+),Yb~(3+)纳米晶的制备 |
| 3.2.1 反应试剂及工具 |
| 3.2.2 纳米晶制备流程 |
| 3.3 NaYF_4:Er~(3+),Yb~(3+)纳米晶的表征及分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 Er~(3+)、Yb~(3+)共掺聚合物光波导放大器的设计制备 |
| 4.1 聚合物光波导放大器的结构设计 |
| 4.2 聚合物光波导放大器的增益特性模拟 |
| 4.3 聚合物光波导放大器的制备及测试 |
| 4.3.1 聚合物光波导放大器的制备 |
| 4.3.2 聚合物光波导放大器的测试 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 总结 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
| 致谢 |
（2）稀土离子掺杂的钇铝硅酸盐玻璃的光纤激光和磁光性能的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 特种光纤及其发展 |
| 1.2 特种光纤制备方法 |
| 1.2.1 CVD法 |
| 1.2.2 双坩埚法 |
| 1.2.3 管棒法 |
| 1.2.4 熔芯法 |
| 1.2.5 热拉法 |
| 1.3 基于熔芯法拉制的特种光纤 |
| 1.3.1 多组分玻璃光纤 |
| 1.3.2 微晶玻璃光纤 |
| 1.3.3 半导体芯光纤 |
| 1.4 钇铝硅酸盐玻璃和光纤 |
| 1.5 本课题的来源,研究意义和研究主要内容 |
| 1.5.1 课题来源 |
| 1.5.2 研究意义与主要内容 |
| 第二章 实验设计与研究方法 |
| 2.1 实验药品 |
| 2.2 样品制备 |
| 2.2.1 YAG陶瓷的制备 |
| 2.2.2 YAS玻璃的制备 |
| 2.2.3 YAS光纤的制备 |
| 2.2.3.1 预制棒加工 |
| 2.2.3.2 光纤的拉制 |
| 2.3 材料表征方法与设备 |
| 2.3.1 晶相分析 |
| 2.3.2 微区形貌分析 |
| 2.3.3 微区元素分析 |
| 2.3.4 拉曼光谱 |
| 2.3.5 热分析 |
| 2.3.6 折射率分析 |
| 2.3.7 透过率分析 |
| 2.3.8 荧光光谱及寿命分析 |
| 2.3.9 光纤激光性能分析 |
| 2.3.10 法拉第偏转角测试 |
| 2.3.11 X射线光电子能谱 |
| 2.3.12 电子自旋共振分析 |
| 2.3.13 核磁共振谱分析 |
| 第三章 基于Nd:YAS光纤激光器 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验过程 |
| 3.2.1 样品制备 |
| 3.2.2 样品表征 |
| 3.3 实验结果讨论 |
| 3.3.1 预制棒填充方式影响 |
| 3.3.2 光纤结构参数 |
| 3.3.3 Nd:YAS光纤激光性能 |
| 3.3.4 Nd:YAS光纤单频激光 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 基于Yb:YAS光纤激光器 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验 |
| 4.3 实验结果讨论 |
| 4.3.1 光纤结构参数 |
| 4.3.2 光纤荧光性能 |
| 4.3.3 Yb:YAS光纤激光性能 |
| 4.3.4 Yb:YAS光纤单频激光 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 基于Tm:YAS光纤激光出射 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验过程 |
| 5.3 实验结果讨论 |
| 5.3.1 掺杂浓度对于Tm:YAG陶瓷性能影响 |
| 5.3.2 光纤结构参数 |
| 5.3.3 掺杂浓度对于Tm:YAS光纤激光性能影响 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 Tb掺杂的铝硼硅酸盐磁光玻璃 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 实验 |
| 6.2.1 玻璃制备 |
| 6.2.2 性能表征 |
| 6.3 结果与讨论 |
| 6.3.1 B_2O_3对玻璃样品综合性能的影响 |
| 6.3.2 B_2O_3对玻璃样品微结构的影响 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 YAS光纤形成机理探讨和模拟 |
| 7.1 引言 |
| 7.2 实验过程 |
| 7.2.1 光纤制备及取样 |
| 7.2.2 样品表征 |
| 7.3 实验结果 |
| 7.3.1 YAS光纤结构参数的影响因素 |
| 7.3.2 YAS光纤形成分子动力学模拟 |
| 7.4 本章小结 |
| 第八章 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间获得的研究成果 |
| 致谢 |
| 附件 |
（3）用于S波段光波导放大器的有机/无机复合增益介质制备及研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 全光通信系统中光放大器的发展 |
| 1.2 光波导放大器的分类 |
| 1.3 稀土元素在光器件和光通信中的应用 |
| 1.3.1 稀土元素 |
| 1.3.2 稀土元素在光放大器中的应用 |
| 1.3.3 稀土元素在聚合物有机光波导放大器的应用 |
| 1.4 本论文的内容及研究意义 |
| 第二章 NaYF_4:20%Yb,x %Tm纳米材料的制备与表征 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 NaYF_4:20%Yb,x %Tm纳米粒子的制备与表征 |
| 2.2.1 化学试剂 |
| 2.2.2 高温热分解法制备β-NaYF_4:Yb,Tm纳米粒子 |
| 2.2.3 表征手段 |
| 2.3 结果与讨论 |
| 2.3.1 样品的形貌及结构表征 |
| 2.3.2 样品的光学性质表征 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 NaYF_4:Yb,Tm纳米粒子在聚合物基质光波导放大器中的应用研究 |
| 3.1 NaYF_4:Yb,Tm纳米粒子表面性质表征 |
| 3.2 NaYF_4:Yb,Tm纳米粒子-聚合物复合材料的制备与性能测试 |
| 3.2.1 共聚合的方法制备有机/无机复合材料 |
| 3.2.2 有机/无机复合材料的各项性质测试 |
| 3.3 聚合物基质光波导放大器的制备与性能测试 |
| 3.3.1 利用复合材料制备聚合物基质光波导放大器 |
| 3.3.2 聚合物基质光波导放大器的各项性质测试 |
| 第四章 结论与展望 |
| 4.1 结论 |
| 4.2 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
| 致谢 |
（4）基于NaYF4:Er3+，Yb3+纳米晶的损耗补偿聚合物波导功率分束器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 光波导放大器 |
| 1.2 掺铒光波导放大器 |
| 1.2.1 无机光波导放大器 |
| 1.2.2 有机聚合物光波导放大器 |
| 1.3 具有损耗补偿功能的光波导器件 |
| 1.4 论文研究内容 |
| 第二章 铒镱共掺光波导放大器的工作原理 |
| 2.1 Er~(3+)、Yb~(3+)共掺光波导放大器的工作原理和基本结构 |
| 2.1.1 Er~(3+)、Yb~(3+)的能级结构和放大原理 |
| 2.1.2 光波导放大器的结构与工作原理 |
| 2.2 Er~(3+)、Yb~(3+)共掺光波导放大器增益性能的模拟计算 |
| 2.2.1 原子速率方程 |
| 2.2.2 光功率传输方程 |
| 2.3 Judd-Ofelt理论 |
| 第三章 基于铒镱共掺纳米晶的聚合物光波导放大器 |
| 3.1 NaYF_4:Er~(3+),Yb~(3+)纳米粒子的合成与表征 |
| 3.2 波导放大器结构设计 |
| 3.3 波导放大器增益特性模拟 |
| 3.4 波导放大器的工艺制备 |
| 3.5 波导放大器性能测试 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 基于铒镱共掺纳米晶的损耗补偿聚合物波导功率分束器 |
| 4.1 具有损耗补偿特性器件的研究背景 |
| 4.2 Y分支波导功率分束器的设计与模拟 |
| 4.3 Y分支波导功率分束器的制备 |
| 4.4 Y分支波导功率分束器的性能测试 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 光波导放大器输出端的泵浦光解复用器结构设计 |
| 5.1 光波导的定向耦合 |
| 5.1.1 定向耦合理论 |
| 5.1.2 倒脊形波导的耦合系数 |
| 5.2 器件设计与模拟 |
| 5.2.1 泵浦光解复用器件设计 |
| 5.2.2 解复用器中传输特性模拟 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 总结 |
| 参考文献 |
| 个人简介及科研成果 |
| 致谢 |
（5）高功率光纤激光器用掺镱光纤的设计、制备和性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 高功率光纤激光器 |
| 1.3 高功率光纤激光器用掺Yb光纤 |
| 1.4 目前高功率光纤激光器用掺Yb光纤面临的问题 |
| 1.5 本论文研究内容 |
| 2 高功率光纤激光器用掺Yb光纤的设计与制备 |
| 2.1 高功率光纤激光器用掺Yb光纤的设计仿真 |
| 2.2 高功率光纤激光器用掺Yb光纤预制棒制备技术 |
| 2.3 高功率光纤激光器用掺Yb光纤拉丝技术 |
| 2.4 高功率光纤激光器用掺Yb光纤测试技术 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 光致暗化效应测试表征 |
| 3.1 光致暗化效应测试平台 |
| 3.2 光致暗化测试条件优化 |
| 3.3 光致暗化系统测试稳定性研究 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 高功率光纤激光器用Yb/Ce/P共掺铝硅酸盐光纤的制备及性能研究 |
| 4.1 Ce离子共掺对光致暗化效应的影响 |
| 4.2 少量P掺杂的Yb/Ce共掺20/400μm铝硅酸盐光纤 |
| 4.3 少量P掺杂的Yb/Ce共掺25/400μm铝硅酸盐光纤 |
| 4.4 Yb/Ce/P共掺20/400μm铝硅酸盐光纤的制备及性能研究 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 内包层改性提高高功率光纤激光器用掺Yb光纤包层泵浦吸收研究 |
| 5.1 两个氟掺杂的单元嵌入内包层结构掺Yb光纤的制备 |
| 5.2 两个氟掺杂的单元嵌入内包层结构掺Yb光纤的性能研究 |
| 5.3 四个氟掺杂的单元嵌入内包层结构掺Yb光纤的制备 |
| 5.4 四个氟掺杂的单元嵌入内包层结构掺Yb光纤的性能研究 |
| 5.5 与保偏大模场掺Yb光纤PLMA的比较 |
| 5.6 不同光纤的熔接损耗对比研究 |
| 5.7 本章小结 |
| 6 高功率光纤激光器用Yb掺杂磷硅酸盐光纤的制备及性能研究 |
| 6.1 台阶式Yb掺杂磷硅酸盐光纤的制备 |
| 6.2 台阶式Yb掺杂磷硅酸盐光纤的测试表征 |
| 6.3 台阶式Yb掺杂磷硅酸盐光纤1046 nm激光性能研究 |
| 6.4 台阶式Yb掺杂磷硅酸盐光纤短波长ASE和非线性抑制分析 |
| 6.5 本章小结 |
| 7 全文总结与工作展望 |
| 7.1 全文工作总结 |
| 7.2 下一步工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录1 攻读博士学位期间发表的主要论文及申请专利目录 |
| 附录2 博士生期间参与的课题研究及获奖情况 |
（6）基于配体传能机制的有机光波导放大器的基础研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 稀土离子光波导放大器的产生及应用意义 |
| 1.2 稀土光波导放大器的分类 |
| 1.2.1 无机基质的光波导放大器 |
| 1.2.2 有机基质的光波导放大器 |
| 1.3 稀土配合物材料的研究 |
| 1.4 稀土光波导放大器的泵浦方式 |
| 1.4.1 直接激发 |
| 1.4.2 间接激发 |
| 1.5 本论文完成的主要工作 |
| 第2章 钕配合物掺杂的有机光波导放大器的研究 |
| 2.1 钕配合物掺杂的有机光波导放大器的理论基础 |
| 2.1.1 钕配合物掺杂的光波导放大器的工作原理 |
| 2.1.2 钕配合物掺杂的有机光波导放大器的理论模型 |
| 2.1.3 Judd-Ofelt理论 |
| 2.1.4 吸收和发射截面 |
| 2.2 掺杂钕配合物的有机材料测试 |
| 2.2.1 Nd(DBT)-PMMA与Nd(DPE)-PMMA薄膜的制备方法 |
| 2.2.2 吸收特性 |
| 2.2.3 荧光特性 |
| 2.2.4 薄膜折射率测试 |
| 2.2.5 成膜性表征 |
| 2.3 钕配合物掺杂的有机光波导放大器的理论模拟 |
| 2.3.1 J-O参数分析 |
| 2.3.2 模拟仿真增益特性 |
| 第3章 铒配合物掺杂的有机光波导放大器的研究 |
| 3.1 铒配合物掺杂的有机光波导放大器的理论基础 |
| 3.1.1 铒配合物掺杂的光波导放大器的工作原理 |
| 3.1.2 铒配合物掺杂的有机光波导放大器的理论模型 |
| 3.2 铒配合物掺杂的有机材料测试 |
| 3.2.1 Er(TTA)_3(TPPO)_2配合物的合成 |
| 3.2.2 Er(TTA)_3(TPPO)_2-PMMA薄膜的制备方法 |
| 3.2.3 吸收特性 |
| 3.2.4 荧光特性 |
| 3.2.5 薄膜折射率测试 |
| 3.2.6 成膜性表征 |
| 3.3 铒配合物掺杂的有机光波导放大器的理论模拟 |
| 3.3.1 J-O参数分析 |
| 3.3.2 模拟仿真增益特性 |
| 第4章 有源光波导器件的制备与测试 |
| 4.1 光波导放大器的制备 |
| 4.1.1 嵌入型光波导放大器 |
| 4.1.2 脊型光波导放大器 |
| 4.2 光波导放大器的近场光斑测试 |
| 4.2.1 近场光斑测试系统 |
| 4.2.2 测试结果 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文 |
（7）基于分子内能量传递机制的掺稀土元素有机光波导放大器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 光放大技术 |
| 1.2 光放大器的分类 |
| 1.3 掺稀土元素光波导放大器的分类以及国内外研究进展 |
| 1.3.1 掺稀土元素无机光波导放大器 |
| 1.3.2 掺稀土元素无机光波导放大器的国内外研究进展 |
| 1.3.3 掺稀土元素有机光波导放大器 |
| 1.3.4 掺稀土元素有机光波导放大器的研究进展 |
| 1.4 本论文完成的主要工作 |
| 第二章 掺铒有机光波导放大器的理论基础与制备表征 |
| 2.1 基于分子内能量传递机制的掺铒有机光波导放大器的工作原理 |
| 2.1.1 Er~(3+)离子的能级结构及跃迁特性 |
| 2.1.2 基于分子内能量传递机制的掺铒有机光波导放大器的工作原理和结构 |
| 2.2 基于分子内能量传递机制的掺铒有机光波导放大器的理论模型 |
| 2.2.1 配体分子基团与Er~(3+)离子原子速率方程 |
| 2.2.2 光功率传输方程 |
| 2.3 增益性能理论分析 |
| 2.3.1 Er~(3+)离子浓度与光波导放大器增益的关系 |
| 2.3.2 Er~(3+)离子自发辐射几率与增益性能的关系 |
| 2.3.3 泵浦光功率与增益性能的关系 |
| 2.3.4 信号光发射截面与增益性能的关系 |
| 2.3.5 信号光吸收截面与增益性能的关系 |
| 2.3.6 有机配体吸收与发射截面与增益性能的关系 |
| 2.3.7 重叠积分因子与增益性能的关系 |
| 2.4 铒配合物的吸收、发射特性 |
| 2.5 铒配合物与聚甲基丙烯酸甲酯的复合与性能表征 |
| 第三章 掺镱有机光波导放大器的理论基础与制备表征 |
| 3.1 基于分子内能量传递机制的掺镱有机光波导放大器的工作原理 |
| 3.1.1 Eb~(3+)离子的能级结构及跃迁特性 |
| 3.1.2 基于分子内能量传递机制的掺镱有机光波导放大器的工作原理和结构 |
| 3.2 基于分子内能量传递机制的掺镱有机光波导放大器的理论模型 |
| 3.3 增益性能理论分析 |
| 3.3.1 Yb~(3+)离子浓度与增益性能的关系 |
| 3.3.2 Yb~(3+)离子自发辐射几率与增益性能的关系 |
| 3.3.3 泵浦光功率与增益性能的关系 |
| 3.3.4 信号光吸收截面与增益性能的关系 |
| 3.3.5 信号光发射截面与增益性能的关系 |
| 3.3.6 重叠积分因子与增益性能的关系 |
| 3.4 镱配合物的吸收、发射特性 |
| 3.5 镱配合物与聚甲基丙烯酸甲酯的复合与性能表征 |
| 第四章 基于分子内能量传递机制的掺稀土元素有机光波导放大器制备与测试 |
| 4.1 基于分子内能量传递机制的掺稀土元素有机光波导放大器制备 |
| 4.2 器件测试与表征 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 本论文主要内容总结 |
| 5.2 进一步研究的问题与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文 |
（8）掺稀土离子新型薄层激光器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 薄层增益介质固体激光器典型结构 |
| 1.2 端面泵浦平面波导激光器 |
| 1.2.1 平面波导激光器研究概述 |
| 1.2.2 平面波导激光器的制备 |
| 1.3 垂直于表面出光薄层激光器 |
| 1.3.1 垂直于表面出光薄层激光器研究进展 |
| 1.3.2 新型吸收增强技术研究进展 |
| 1.4 论文研究思路及组织结构 |
| 第二章 端面泵浦YAG/Yb:YAG/YAG波导激光器 |
| 2.1 Yb:YAG波导激光器基本理论 |
| 2.1.1 准三能级速率方程理论 |
| 2.1.2 BPM(Beam-Propagation Method)方法 |
| 2.1.3 热传导模型 |
| 2.2 波导激光器数值模拟 |
| 2.2.1 波导激光器出光特性 |
| 2.2.2 波导激光器泵浦光分布特性 |
| 2.2.3 波导激光器温度特性 |
| 2.3 波导激光器实验研究 |
| 2.3.1 材料制备 |
| 2.3.2 波导激光器出光 |
| 2.3.3 温度特性 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 表面反射式泵浦Nd离子掺杂薄膜激光器研究 |
| 3.1 表面反射式泵浦增益薄膜吸收增强基本理论 |
| 3.1.1 导模共振理论 |
| 3.1.2 受激辐射和受激吸收增强理论 |
| 3.1.3 严格耦合波方法 |
| 3.2 表面反射式泵浦薄膜吸收增强结构设计 |
| 3.2.1 有序纳米颗粒设计 |
| 3.2.2 无序纳米颗粒设计 |
| 3.3 反射式泵浦薄膜受激辐射特性实验研究 |
| 3.3.1 光栅基底制备 |
| 3.3.2 增益薄膜制备 |
| 3.3.3 光栅波导结构的受激辐射特性 |
| 3.4 表面反射式泵浦薄膜激光器设计 |
| 3.4.1 四能级速率方程理论 |
| 3.4.2 薄膜激光器出光特性 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 高功率薄膜放大器概念设计 |
| 4.1 表面反射式泵浦放大器基本结构 |
| 4.1.1 准三能级放大器基本结构 |
| 4.1.2 热传导模型 |
| 4.2 表面反射式激光放大器功率定标放大 |
| 4.2.1 微纳结构设计 |
| 4.2.2 激光放大器功率定标放大特性 |
| 4.2.3 激光放大器系统温度特性 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 主要研究内容 |
| 5.2 主要创新点 |
| 5.3 后续工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者在学期间取得的学术成果 |
（9）稀土掺杂聚合物-SOI光波导放大器的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 光波导放大器的重要性 |
| 1.2 铒掺杂光波导放大器的分类 |
| 1.2.1 无机铒掺杂光波导放大器 |
| 1.2.2 有机聚合物光波导放大器 |
| 1.3 SOI狭缝波导的提出及研究现状 |
| 1.3.1 狭缝波导的提出 |
| 1.3.2 SOI狭缝波导放大器的研究进展 |
| 1.4 本篇论文的主要工作及创新点 |
| 第二章 铒、镱稀土掺杂光波导放大器理论基础 |
| 2.1 铒掺杂光波导放大器的工作原理 |
| 2.2 铒镱共掺光波导放大器的工作原理 |
| 2.3 铒镱共掺光波导放大器的理论模型 |
| 2.3.1 原子速率方程 |
| 2.3.2 光功率传输方程 |
| 2.3.3 增益计算方法 |
| 2.4 电磁场本征方程及其有限差分形式 |
| 2.4.1 电磁场全矢量本征方程 |
| 2.4.2 有限差分边界条件 |
| 2.5 脊形波导的模式分析 |
| 2.6 小结 |
| 第三章 NaYF_4/NaLuF_4:Er~(3+),Yb~(3+)NCs-PMMA键合型聚合物光波导放大器 |
| 3.1 α-NaYF_4/β-NaLuF_4:Er~(3+),Yb~(3+)纳米粒子的合成及表征 |
| 3.2 NaYF_4/NaLuF_4:Er~(3+),Yb~(3+)NCs-PMMA键合型材料的制备与性能表征 |
| 3.2.1 纳米粒子与PMMA共聚的键合型材料的制备 |
| 3.2.2 NaYF_4/NaLuF_4:Er~(3+),Yb~(3+)NCs-PMMA的表征 |
| 3.3 Judd-Ofelt参数计算 |
| 3.3.1 Judd-Ofelt理论 |
| 3.3.2 Judd-Ofelt参数分析 |
| 3.4 EYCDWA的尺寸优化及增益特性分析 |
| 3.4.1 有效折射率法设计单模倒脊型波导 |
| 3.4.2 EYCDWA增益特性分析 |
| 3.5 NaYF_4/NaLuF_4:Er~(3+),Yb~(3+)NCs-PMMA键合型聚合物光波导放大器的制备与测试 |
| 3.5.1 器件的制备与表征 |
| 3.5.2 器件的增益测试 |
| 3.6 小结 |
| 第四章 SOI狭缝光波导放大器增益特性分析 |
| 4.1 SOI狭缝光波导的模式分析 |
| 4.1.1 二维狭缝波导模式分析基础 |
| 4.1.2 NaYF_4:10%Er~(3+)NCs-PMMA材料合成与表征 |
| 4.1.3 狭缝波导工作原理 |
| 4.2 SOI狭缝波导的尺寸优化 |
| 4.2.1 重叠积分因子的优化 |
| 4.2.2 有效截面积的优化 |
| 4.3 EDSWA的增益特性分析 |
| 4.3.1 1480 nm泵浦EDSWA能级跃迁模型 |
| 4.3.2 EDSWA增益特性分析 |
| 4.4 模式转换器的设计与优化 |
| 4.5 EDSEA器件的制备与测试 |
| 4.5.1 EDSEA的制备与表征 |
| 4.5.2 EDSWA的增益测试 |
| 4.6 小结 |
| 第五章 氮化硅狭缝光波导放大器增益特性分析 |
| 5.1 Si_3N_4狭缝波导的模式分析 |
| 5.2 Si_3N_4狭缝波导的尺寸优化 |
| 5.2.1 Si_3N_4狭缝波导重叠积分因子的优化 |
| 5.2.2 Si_3N_4狭缝波导有效截面积的优化 |
| 5.3 Si_3N_4狭缝波导放大器的增益特性分析 |
| 5.4 Si_3N_4狭缝波导的制备与测试 |
| 5.4.1 Si_3N_4狭缝波导放大器的制备与表征 |
| 5.4.2 Si_3N_4狭缝波导放大器的测试 |
| 5.5 小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介及博士期间发表的论文 |
| 致谢 |
四、Rare Earth Doped Glass Waveguide Amplifiers（论文参考文献）
- [1]铒镱共掺NaYF4纳米晶的下转换发光性质及在EDWA中的应用研究[D]. 刘雨婷. 吉林大学, 2021(01)
- [2]稀土离子掺杂的钇铝硅酸盐玻璃的光纤激光和磁光性能的研究[D]. 张晔明. 华南理工大学, 2020
- [3]用于S波段光波导放大器的有机/无机复合增益介质制备及研究[D]. 杨育. 吉林大学, 2020(08)
- [4]基于NaYF4:Er3+，Yb3+纳米晶的损耗补偿聚合物波导功率分束器研究[D]. 符越吾. 吉林大学, 2020(10)
- [5]高功率光纤激光器用掺镱光纤的设计、制备和性能研究[D]. 刘锐. 华中科技大学, 2020(01)
- [6]基于配体传能机制的有机光波导放大器的基础研究[D]. 詹鸿. 厦门大学, 2019(07)
- [7]基于分子内能量传递机制的掺稀土元素有机光波导放大器研究[D]. 毛文韬. 厦门大学, 2019(07)
- [8]掺稀土离子新型薄层激光器研究[D]. 崔文达. 国防科技大学, 2018(01)
- [9]稀土掺杂聚合物-SOI光波导放大器的研究[D]. 张美玲. 吉林大学, 2018(12)
- [10]硅基集成光波导放大器的最新研究进展[J]. 陈子萍,舒浩文,王兴军. 中国科学:物理学 力学 天文学, 2017(12)