[发明专利]光电器件及其制造方法和其材料

说明书

具有包含稀土或过渡金属离子的区域用于生成预定波长的辐射的光电信号转换器件。所述区域包含含有适于增强辐射的发射的配体的有机配合物和与辐射源的波长可分开同时操作的发色团，所述辐射源的波长不大于所述预定所需的辐射的波长。可以激发所述发色团与所述稀土或过渡金属离子的较高允许的能态交联耦合，从而通过随后的所述离子至允许的较低能态的衰变来生成所述预定所需的辐射。

本发明涉及光电器件、这样的器件的制造方法、并入这些器件的信号转换系统和其中使用的材料。

根据玻尔的量子力学模型，原子可以仅以某些允许的能态存在。这种理论在光电器件中的应用陈述于由P.W. France (France 1991)编辑的Fibre Optic Lasers andAmplifiers和由Michel Digonnet (Digonnet 1993)编辑的Rare Earth Doped FiberLasers and Amplifiers的第2章中。Digonnet 1993的表1(p20)和France 1991的图2.3(p20)表明在不同玻璃主体中各种掺杂剂所允许的能量跃迁。

PCT专利申请WO8701246A1公开了单模光纤激光器和放大器，其相比它们的大型对应体拥有许多优点。凭借它们的小的纤芯（通常8μm直径并且更小），可以实现非常低的阈值(~1000μW)和高的增益。还因为通常地光纤直径整体为约100μm，热效应被证明是最小的。

由于这些属性，对于不普遍的稀土或过渡金属掺杂剂和对于不普遍的光跃迁可以产生有用的激光器作用或放大器增益，甚至其中涉及的光跃迁内在地是弱的。对于先前仅以脉冲模式操作的3级激光器系统，甚至已经发现室温连续激光器操作是可能的。

因为掺杂剂浓度是很低的，所以制造可以是经济的。典型的器件可以使用少至0.1μg的掺杂剂氧化物。

如果二氧化硅被选择作为主体介质，那么将具有良好的功率容量特征。此外在高二氧化硅的玻璃主体的存在下，稀土或过渡金属掺杂剂离子的光跃迁基本上是变宽的。这允许了可调激光器和宽带放大器两者的实现。

目前已经试验地研究了大多数稀土掺杂剂和一些过渡金属掺杂剂。显著地，尽管接近高损耗的吸收带，但是全部显示出其中损耗是低的窗口。这允许极长的放大器和激光器的建造。

综上所述，有源器件提供了改进的信源/放大器用于电信应用，因为它们可以在不损害的情况下处理高的功率，它们提供了较小/较轻/较便宜的通用有源器件并且可以与其它光纤器件（例如光栅）结合来提供新的和强大的信号处理功能。还注意的是可以在光纤激光器中获得的光能级上容易地实现非线性效应，提供了多个同步的激光器和非线性效应的利用。然而，不可行的是通过增加掺杂剂浓度来无限地增加辐射量，因为在高浓度下相邻离子的接近引起损耗，被称为浓度猝灭的现象。为了实现光纤掺稀土激光器和放大器的最佳性能，必要的是由通过给出低浓度的掺杂剂的改进的化学气相沉积法来制备的预制件来制造它们。可以通过使掺杂剂并入有机配体中来实现相似的效应。