[发明专利]一种光波导放大器及其制备方法

说明书

本发明属于光通信技术领域，具体涉及一种光波导放大器及其制备方法。本发明制备方法包括如下步骤：(1)将衬底加工形成凹槽，所述衬底为具有三维连通纳米级孔道结构的多孔玻璃；(2)将铒盐溶液转印到凹槽底部，使铒离子扩散到多孔玻璃的内部形成掺铒波导；(3)将掺铒波导进行沉积使得掺铒波导被沉积材料密封，沉积材料与所述多孔玻璃的材质相同，沉积后烧结，即可获得光波导放大器。本发明利用多孔玻璃的特性提高Ersupgt;3+/supgt;的掺杂浓度，抑制Ersupgt;3+/supgt;的团簇效应，并利用新方法提升光波导放大器制备的稳定性。

技术领域

本发明属于光通信技术领域，具体涉及一种光波导放大器及其制备方法。

背景技术

信号光在光纤内传输时存在一定的损耗和色散，严重限制了信号光的传输距离。为了保证信号光的传输质量，需要对信号光进行放大增强，典型的光放大器有半导体光放大器、光纤放大器以及光波导放大器等类型。半导体光放大器结构简单，工艺成熟，但最大的弱点是与光纤的耦合损耗太大，噪声及串扰较大且易受环境温度影响，因此稳定性较差。光纤放大器抗干扰能力强，耦合损耗较低，但光纤放大器过长，不利于实现装置小型化、集成化。光波导放大器改善了上述两种光放大器的不足，因而受到了广泛的关注。

光波导放大器利用稀土元素铒Er³⁺在泵浦光的作用下发生受激辐射，实现对信号光的放大。为了提高放大器的增益，需要有足够多的激活的Er³⁺来吸收泵浦光能量，要求掺入的Er³⁺浓度足够高，但是对于较高的Er³⁺掺杂浓度而言容易形成团簇，增强合作上转换、激发态吸收和交叉弛豫等效应，增益效果反而会下降。因此，如何提高Er³⁺的掺杂浓度而不发生团簇效应是研究光波导放大器的难点和重点。

目前掺Er³⁺光波导放大器的制作方法有离子交换法，磁控溅射沉积，溶胶凝胶法，粒子注入法等，然而大多操作复杂，成本较高，无法有效控制波导的形状和尺寸，批量生产时难以保证各个产品的稳定性。CN101710223A公开了一种光波导放大器的制备方法，该技术方案基于钇Y离子半径和铒Er离子半径比较接近，Y₂SiO₅和Er₂SiO₅晶体结构也类似，采用Y离子共同加入可以使Er离子得到均匀的分散，进而采用溶胶-凝胶法制备Er_xY_2-xSiO₅化合物，通过优化Er离子和Y离子的浓度，使1.53μm的发光效率达到最大。该技术方案在保证高的铒离子浓度的情况下又使铒有充分的分散，但无法有效控制波导的形状和尺寸，还存在改进空间。

CN104765219B公开了一种铒掺杂铌酸锂光波导放大器的制备方法，利用铒掺杂铌酸锂作为增益介质；使用磷离子辐照的方法，在铒掺杂铌酸锂晶体表面，制作光波导结构；对该光波导的两个端面进行镀膜处理，选择特定波长对光信号进行放大；同时将泵浦光与信号光耦合进光波导内，实现光信号放大。该技术方案使用磷离子辐照，并没有能够有效提高Er³⁺的掺杂浓度。

综述所述，现有技术仍缺乏一种生产稳定的光波导放大器制备方法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了提供一种基于多孔玻璃的光波导放大器及其制备方法，旨在利用多孔玻璃的特性提高Er³⁺的掺杂浓度，抑制Er³⁺的团簇效应，并利用新方法提升光波导放大器制备的稳定性。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种光波导放大器的制备方法，包括如下步骤：

(1)将衬底加工形成凹槽，所述衬底为具有三维连通纳米级孔道结构的多孔玻璃；

(2)将铒盐溶液转印到凹槽底部，使铒离子扩散到多孔玻璃的内部形成掺铒波导；