铒铈共掺氟化物纳米晶合成、表征及其在光波导放大器中的应用

光通信网络的广泛应用已经全面地改变了人们的生活方式，未来的全光通信已经成为人们的共识。由于在光信号传输过程中，会产生能量的损耗，致使信号失真，因此光放大器在光信息传输过程中就成为了必不可少的一部分。光放大器无需光电之间的转换，可以直接对光信号进行放大处理，是补偿传输损耗的一种十分有效的办法。相比于传统的无机光波导放大器来说，有机光波导放大器具有损耗较低、折射率便于调节、材料可塑性好、工艺简单、价格便宜等优点，近些年来受到了研究人员的广泛关注。本文主要是关于有机光波导放大器的芯层材料合成和波导器件制备的基础性研究，主要研究内容如下：1、分别用硬脂酸盐溶剂热法、氢氧化钠油酸乙醇体系溶剂热法、高温热分解法合成NaYF4:Yb³⁺, Er³⁺纳米粒子，并对几种样品进行结构、形貌、光谱的表征，分析其粒径、溶解度、形貌、分散性、光谱性质等方面的差异，并将这些性质与制备光波导放大器相结合，试图改善合成方法，以得到更适合掺入波导芯层的基质材料。最终我们认为，用高温热分解法合成的α相的NaYF4在各方面的性质均较为优秀，比较适合掺入波导芯层来制备光放大器。2、合成了NaYF4:Yb³⁺, Er³⁺, Ce³⁺纳米粒子，研究了Ce³⁺掺杂浓度对Er³⁺发光的影响。当掺入一定量的Ce³⁺后，Er³⁺的上转换发射被明显的削弱，1550nm附近的发射得到一定程度的增强，最多达到6倍左右，这为提升光波导放大器的增益提供了一条简单有效的实施途径。3、研制出了基于上述纳米粒子的有机光波导放大器，采用以PMMA-GMA做下包层和以SU-8作为波导芯层两种方法制备了光波导，对其波导形貌进行了表征，对其通光性质进行了测试，得到了2dB/cm左右的增益系数。