S波段聚合物光波導放大器研究獲突破

近日，華南師范大學物理學院副教授鄭克志團隊與吉林大學教授王菲團隊合作，在稀土納米晶摻雜的S波段聚合物光波導放大器的研究中取得新突破。相關成果發表于《納米快報》（Nano Letters）。

光波導放大器是現代光通信系統的核心器件。與光纖放大器相比，光波導放大器具有制造工藝簡便、器件尺寸小、易與其它小型化器件實現硅基片上集成等優點。近年來，隨著集成光子學的迅猛發展，利用集成光波導構建低功耗和高穩定性光放大器的工作引起了研究者們的極大關注。借助稀土納米晶摻雜，研究者們已經獲得了C波段聚合物光波導放大器大量有價值的研究結果。但是，由于其它光通信波段較低效率的稀土離子光發射，工作在S, L等低損耗波段的聚合物光波導放大器鮮有報道，難以滿足未來光通信對帶寬的需求。

為了解決上述問題，研究人員提出在NaYbF4:Tm³⁺納米顆粒中引入去激活離子Tb3+，利用Tm³⁺到Tb³⁺離子的能量傳遞加速Tm³⁺離子3F4能級的衰減，從而獲得了Tm³⁺離子1464 nm（3H4→3F4）下轉換發光效率增強一倍的結果。他們將制備的稀土納米晶通過其表面的不飽和雙鍵與PMMA聚合，不僅避免了納米晶在聚合物基質中團聚問題，同時大幅提高了稀土納米晶的摻雜濃度。利用稀土納米晶-PMMA復合材料作為增益介質構造了光波導放大器，采用980 nm激光作為泵浦光，利用此類復合聚合物光波導放大器在1464 nm處獲得了18 dB的相對增益。

該研究工作提出了一種提高Tm³⁺離子下轉換發光的新方法，為開發稀土納米晶摻雜的S波段聚合物光波導放大器開辟了新思路。

上述研究得到國家自然科學基金、廣東省卓越青年團隊項目、廣東省自然科學基金和廣州市科技計劃項目等項目的支持。