一種亞波長(zhǎng)近紅外通信光放大器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種亞波長(zhǎng)近紅外通信光放大器；特別涉及一種以(YVEr)2Si2O7單晶納米線為增益介質(zhì)的、亞波長(zhǎng)近紅外通信光放大器。
技術(shù)背景
[0002]以硅酸鹽為基質(zhì)的稀土發(fā)光材料，尤其是摻雜Er3+或Er3+、Yb3+共摻的體系，由于其優(yōu)良的熒光特性被廣泛的研究和應(yīng)用，現(xiàn)有的稀土硅酸鹽主要有Er2Si207、Er2S15,Yb2Si2O7' Eu2Si2O7' Y2Si2O7 等。
[0003]目前硅酸鹽為基質(zhì)的稀土發(fā)光材料的制備技術(shù)以共沉淀法、水熱法、溶膠-凝膠法等為主，這些方法合成的材料以薄膜或顆粒居多，且反應(yīng)溫度較低，因此合成的樣品結(jié)晶性不好，發(fā)光效率較低，不利于進(jìn)行微納光集成器件的設(shè)計(jì)。化學(xué)氣相沉積法是一種較簡(jiǎn)易的生長(zhǎng)一維納米線的技術(shù)，但是到目前為止，用該方法制備(YVEr)2Si2O7單晶納米線的技術(shù)還未見(jiàn)報(bào)道。
[0004]摻Er3+或Er3+、Yb3+共摻的硅酸鹽體系不但具有很強(qiáng)的上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性，而且在通訊波段1.54 μ m處的發(fā)射特性較好，1.54 μ m是通訊波段的低損窗口，在光通訊領(lǐng)域有非常重要的意義。所以人們一般采用摻Er3+或Er3+、Yb3+共摻的硅酸鹽作為增益介質(zhì)用于放大器。現(xiàn)有放大器有摻鉺光纖放大器(EDFA)和摻館光波導(dǎo)放大器(EDWA)。EDFA (摻鉺光纖放大器)是指以摻鉺硅酸鹽或摻鉺磷酸鹽作為增益介質(zhì)，使光在傳輸?shù)倪^(guò)程中獲得增益，增益效果一般為數(shù)十米的長(zhǎng)度上可獲得幾十個(gè)dB的增益。目前EDWA (摻餌光波導(dǎo)放大器)的尺寸一般在毫米量級(jí)，例如法國(guó)Teem Photonics公司推出的一款光波導(dǎo)放大器，尺寸為81mmX35mmX 12mm,增益介質(zhì)是摻鉺玻璃薄膜,信號(hào)增益為13dB。無(wú)論是摻館光波導(dǎo)放大器，還是摻鉺光纖放大器，其增益介質(zhì)的的尺寸一般為毫米到厘米級(jí)別。
[0005]盡管傳統(tǒng)的(摻鉺光纖放大器)和EDWA (摻餌光波導(dǎo)放大器)以其高增益、低噪音、良好的溫度穩(wěn)定性目前發(fā)展的較為成熟，甚至EDFA已經(jīng)廣泛用于長(zhǎng)距離的光纖通訊，但是由于現(xiàn)有技術(shù)很難制備出微納米尺寸的稀土硅酸鹽納米線，這導(dǎo)致?lián)姐s光纖放大器或摻餌光波放大器的尺寸難以達(dá)到微納米量級(jí)，無(wú)法進(jìn)行微納米尺度范圍內(nèi)的光集成。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種微納尺寸的、亞波長(zhǎng)近紅外通信光放大器。
[0007]本發(fā)明一種亞波長(zhǎng)近紅外通信光放大器包括單根稀土硅酸鹽單晶納米線、泵浦光源、信號(hào)光源、波分復(fù)用器、輸入光纖、輸出光纖；
[0008]所述稀土硅酸鹽單晶納米線一端與輸入光纖的探針相連，另一端與輸出光纖的探針相連；
[0009]所述稀土硅酸鹽單晶納米線是化學(xué)式為(YVEr)2Si2O7的稀土硅酸鹽單晶納米線。
[0010]本發(fā)明一種亞波長(zhǎng)近紅外通信光放大器，包括單根稀土硅酸鹽單晶納米線、泵浦光源、信號(hào)光源、波分復(fù)用器、輸入光纖、輸出光纖；所述輸入光纖和輸出光纖均為拉錐光纖探針，所述拉錐光纖探針由光導(dǎo)部分(傳導(dǎo)區(qū))、連接部分(錐形區(qū))、和光針部分(探測(cè)區(qū))構(gòu)成；
[0011]所述波分復(fù)用器的輸入端分別與泵浦光源和信號(hào)光源相連，波分復(fù)用器的輸出端與輸入光纖的光導(dǎo)部分相連，輸入光纖的光針部分與單根稀土硅酸鹽單晶納米線的一端相連，單根稀土硅酸鹽單晶納米線的另一端與輸出光纖的光針部分相連，輸出光纖的光導(dǎo)部分與檢測(cè)器相連；
[0012]所述稀土硅酸鹽單晶納米線是化學(xué)式為(YVEr)2Si2O7的稀土硅酸鹽單晶納米線。
[0013]本發(fā)明一種亞波長(zhǎng)近紅外通信光放大器，所述稀土硅酸鹽單晶納米線的直徑為500 ?800nm、長(zhǎng)度為 10 ?80 μ m。
[0014]本發(fā)明一種亞波長(zhǎng)近紅外通信光放大器，輸入光纖的探針或輸出光纖的探針的直徑與單根稀土硅酸鹽單晶納米線的直徑相當(dāng)。
[0015]本發(fā)明一種亞波長(zhǎng)近紅外通信光放大器，所述泵浦光源的波長(zhǎng)為980nm。
[0016]本發(fā)明一種亞波長(zhǎng)近紅外通信光放大器，所述信號(hào)光源的波長(zhǎng)為1465nm?1575nm。
[0017]本發(fā)明一種亞波長(zhǎng)近紅外通信光放大器，所述波分復(fù)用器為1540/980nm波分復(fù)用器。
[0018]本發(fā)明一種亞波長(zhǎng)近紅外通信光放大器，其尺寸為微納米量級(jí)。
[0019]本發(fā)明一種亞波長(zhǎng)近紅外通信光放大器，信號(hào)光和泵浦光兩束光是經(jīng)過(guò)1540/980nm波分復(fù)用器耦合為一束光。信號(hào)光和泵浦光耦合后送入單根稀土硅酸鹽單晶納米線中，由可見(jiàn)CCD和紅外CCD分別實(shí)時(shí)監(jiān)控耦合情況。
[0020]本發(fā)明一種亞波長(zhǎng)近紅外通信光放大器，所述檢測(cè)器為Horiba-JY光纖光譜儀。
[0021]本發(fā)明一種亞波長(zhǎng)近紅外通信光放大器，所述稀土硅酸鹽單晶納米線是通過(guò)下述步驟制備的:
[0022]將Si粉裝入磁舟1，將YbCl3與ErCl3按質(zhì)量比1:1?1:10混合均勻后置于2號(hào)瓷舟，將帶有金顆粒的Si片置于3號(hào)磁舟上；
[0023]將帶有進(jìn)氣口和出氣口的水平管式爐劃分為三個(gè)溫度區(qū)間，自進(jìn)氣口至出氣口方向依次為T(mén)1溫度區(qū)間、T2溫度區(qū)間、T3溫度區(qū)間；
[0024]將磁舟1、磁舟2、磁舟3對(duì)應(yīng)放置在T1溫度區(qū)間、T2溫度區(qū)間、T3溫度區(qū)間，抽真空，通入載氣，升溫至磁舟I所在的T1溫度區(qū)間溫度為1050?1200°C，磁舟2所在的T2溫度區(qū)間溫度為650-700°C，磁舟3所在的1；3溫度區(qū)間溫度為650-700°C，載氣將Si蒸汽、YbCl3蒸汽、ErCl3蒸汽送至帶有金顆粒的Si片上反應(yīng)2-3小時(shí)，得到化學(xué)式為(Yb/Er)2Si207、直徑為500?800nm、長(zhǎng)度為10?80 μ m的稀土娃酸鹽單晶納米線,所述載氣由氧氣與IS氣按體積比5-10:90-95組成；或
[0025]將S12粉裝入磁舟1，將YbCl3與ErCl3按質(zhì)量比1:1?1:10混合均勻后置于2號(hào)瓷舟，將帶有金顆粒的Si片置于3號(hào)磁舟上；
[0026]將帶有進(jìn)氣口和出氣口的水平管式爐劃分為三個(gè)溫度區(qū)間，自進(jìn)氣口至出氣口方向依次為T(mén)1溫度區(qū)間、T2溫度區(qū)間、T3溫度區(qū)間；
[0027]將磁舟1、磁舟2、磁舟3對(duì)應(yīng)放置在T1溫度區(qū)間、T2溫度區(qū)間、T3溫度區(qū)間，抽真空，通入載氣，升溫至磁舟I所在的T1溫度區(qū)間溫度為1050?1200°C，磁舟2所在的T2溫度區(qū)間溫度為650-700°C，磁舟3所在的1；3溫度區(qū)間溫度為650-700°C，載氣將S12蒸汽、YbCl3蒸汽、ErCl3蒸汽送至帶有金顆粒的Si片上反應(yīng)2_3小時(shí)，得到化學(xué)式為(Yb/E12Si2O7、直徑為500?800nm、長(zhǎng)度為10?80 μ m的稀土硅酸鹽單晶納米線；所述載氣由氫氣與IS氣按體積比5-10:90-95組成。
[0028]本發(fā)明一種亞波長(zhǎng)近紅外通信光放大器，所述金顆粒的粒度為300_1000nm。
[0029]本發(fā)明一種亞波長(zhǎng)近紅外通信光放大器，所述YbCl3S純度彡99.9%的無(wú)水YbCl3 ；所述ErCl3為純度> 99.9%的無(wú)水ErCl3 ;所述Si粉的純度> 99.99% ;所述S12粉的純度彡 99.99%ο
[0030]本發(fā)明一種亞波長(zhǎng)近紅外通信光放大器，催化沉積反應(yīng)時(shí)，控制沉積壓力為300-500mT、載氣的流速為40?80sccm。
[0031]本發(fā)明一種亞波長(zhǎng)近紅外通信光放大器，所用稀土硅酸鹽單晶納米線中稀土元素的原子百分比可達(dá)18at.%。
[0032]原理及優(yōu)勢(shì)
[0033]本發(fā)明以一維微納尺寸的稀土硅酸鹽單晶納米線作為增益介質(zhì)，成功的制備出了微鈉尺寸的、亞波長(zhǎng)近紅外通信光放大器；有效的解決了現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法進(jìn)行微納米尺度范圍內(nèi)的光集成的難題。
[0034]本發(fā)明以Si (S12)粉、YbCl3與ErCl3作為原料，以Au顆粒作為催化劑，采用化學(xué)氣相沉積法制得單晶納米線結(jié)構(gòu)(YVEr)2Si2O7,納米線的生長(zhǎng)過(guò)程遵循V-L-S生長(zhǎng)機(jī)理。該方法可控性較強(qiáng)，解決了現(xiàn)有稀土硅酸鹽材料制備過(guò)程中存在的稀土離子摻雜濃度低、所得產(chǎn)品熒光特性差的問(wèn)題。
[0035]本發(fā)明用硅酸鹽作為發(fā)光基質(zhì)，Er3+離子作為發(fā)光中心，Yb3+離子作為敏化劑以增大Er3+離子的吸收截面，形成