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Yb:Er共掺Al_2O_3光波导放大器制备工艺及非均匀掺铒光波导理论设计

宋琦  
【摘要】:分别利用中频磁控溅射(MFS)方法和微波电子回旋共振(ECR-MW)等离子体方法制备了Yb:Er共掺Al_2O_3薄膜,研究了氧气与氩气比例、样品荧光谱强度、最佳Yb:Er比例、最佳退火温度、样品表面形貌等性质。得到MFS方法制备的样品在氧气25-45sccm,氩气70sccm,退火温度850℃条件下,最佳Yb:Er比例为9:1;ECR-MW方法制备的薄膜样品在氧气、氩气各为20sccm,退火温度900℃条件下,最佳Yb:Er比例为5:1。 利用等离子体干刻的方法对制备的薄膜进行了刻蚀,形成了脊型波导。基于MFS方法刻蚀的波导脊宽4μm,脊高1.0-1.2μm。基于ECR-MW方法刻蚀的波导脊宽4μm,脊高0.4-0.6μm。用自行设计的波导增益测量系统对波导放大器进行了测量:MFS波导在15mm的长度上获得了7.826dB,单位长度增益为5.217dB/cm。ECR-MW波导在15mm的长度上获得了2.385dB,单位长度增益为1.59dB。实验中发现在相同的泵浦功率下,脊型波导比平板波导输出增益高。 提出了纵向非均匀掺杂光波导放大器的概念。建立了一套包括了铒离子的个6能级和镱离子的2能级,考虑了合作上转换、交叉弛豫、激发态吸收等非线性效应的速率方程,并利用自适应方法分别就掺Er和Yb:Er共掺光波导放大器求解了两种纵向浓度分布,分别得到了2.25%和7.26%的增益改善。利用激光退火方法对掺Er:Al_2O_3薄膜进行了处理,并改善了退火工艺。提出了利用激光退火工艺制备非均匀Er掺杂的方法。实验中获得的激光退火样品荧光谱强度为热退火样品最大强度的47倍。


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