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《大连理工大学》 2004年
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掺Yb/Er-Al_2O_3光波导放大器制备及光学特性研究

高景生  
【摘要】:用中频孪生靶磁控溅射法沉积制备了掺铒、镱铒共掺Al_2O_3薄膜,探索了氧气氩气分压、不同衬底、镱铒共掺杂、掺杂浓度、后退火温度、退火时间等各工艺参数对薄膜特性的影响。用扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)分析了薄膜样品的表面形貌,用椭圆偏振仪测量了薄膜的厚度和折射率。分析探讨了铒离子在氧化铝薄膜中的发光机理。 测量了各种薄膜样品的光致发光特性,包括光致发光的峰值强度与掺铒浓度、镱铒掺杂比率、泵浦功率和退火温度的关系,得出以下结论:(1)所有薄膜的峰值波长为1535nm,半值宽度在40nm--60nm之间。(2)镱铒共掺Al_2O_3薄膜的最佳镱铒浓度比为9:1。(3)退火温度的不同,影响了Al_2O_3薄膜的微观结构,导致光致发光强度变化。(4)镱作为敏化剂,不仅提高了泵浦效率,增强了光致发光强度,也明显地减小了铒离子间激发态吸收、合作上转换等效应所产生的“浓度猝灭”现象。 通过求解Er及Yb/Er的速率方程,从理论上计算了掺铒及镱铒共掺Al_2O_3薄膜的荧光特性,得出了优化的泵浦强度与优化的掺镱铒浓度,并与实验进行了比较。 用BCl_3干法刻蚀将镱铒共掺Al_2O_3薄膜刻蚀成光波导,当信号光被调制为1Hz的方波时,在160mW功率泵浦下,光波导放大器的总增益为10.0dB,单位长度增益为4.2dB/cm。给出了放大器的放大特性曲线,噪声指数特性。 测量了掺铒及镱铒共掺杂玻璃的光致发光特性、吸收谱,并测量了不同浓度样品的增益,绘出了增益曲线。得出如下结论:(1)掺铒浓度越低的硅酸盐玻璃,泵浦阈值功率越大。饱和泵浦功率越小。(2)给出了净增益随泵浦功率的变化曲线。(3)掺铒浓度为0.8at.%的硅酸盐玻璃样品净增益最大,达到3.9dB的净增益,实验给出了净增益随掺铒浓度的变化曲线。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TN252

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