【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于宽带光通信，具体涉及一种利用晶体场效应实现纳米晶掺杂的聚合物基光波导放大器增益带宽展宽的方法。
技术介绍
1、在光通信系统中，放大器是补偿光损耗的关键器件。掺铒离子光纤放大器(edfa)已成功地应用于洲际网、骨干网、城域网之间的光通信。然而，在光通信系统中，edfa通常需要至少几米长的掺铒光纤作为增益介质才能有效补偿光学损耗，所以edfa在集成光通信元器件中难以发挥作用。在当今的通信系统中，特别是通信终端，如家庭网络、数据链路、车载通信系统和各种光学传感器中，需要光放大器与其它波导器件，如波分复用器、分束器、调制器、光开关、隔离器、阵列波导光栅等集成在一起，以补偿这些元器件工作时带来的损耗。光波导放大器在这些集成器件领域具有工作优势。另外，随着超大容量信息传输和超快实时信息处理业务的增长，现有的c波段通信已经难以满足通信传输的需求。通过展宽现有的光通信系统通信波段，利用目前成熟的波分复用技术来解决超大容量信息传输的需求是切实可行的方法。例如：研究人员致力于开发s波段及l、u波段的光放大器。在光波导放大器制备
，如何展宽波导放大器的带宽是科学研究的前沿问题。
2、镧系离子掺杂的纳米晶在光通信波段有非常优异的光学性质，成为引人注目的掺杂剂。但是镧系离子的发光来源于4f电子的跃迁，为锐线发射，一般发光峰不随基质的变化而变化。现有的纳米晶掺杂聚合物基光波导放大器，一般为单独掺杂一种镧系发光离子，仅能实现单一一个波段或相邻两个波段的光放大。
3、目前，一般采用在纳米晶中共掺杂两种或两种以上的镧系
技术实现思路
1、针对现有技术中如何展宽波导放大器的带宽等问题，本专利技术提供了一种利用晶体场效应实现纳米晶掺杂的聚合物基光波导放大器增益带宽展宽的方法，该方法利用纳米晶晶体场效应，选择晶体结构对称性低的材料作为基质，利用晶体场的j劈裂来实现纳米晶晶格中掺杂的镧系离子在光通信波段的能级跃迁发射光谱的展宽；通过将纳米晶复合在有机聚合物基质中制备在通信波段具有宽带发光的纳米晶-聚合物有机无机复合物，作为光波导放大器的增益介质，进而实现掺杂纳米晶的聚合物基光波导放大器的工作带宽展宽，实现宽带光放大；并进一步可使纳米晶中掺杂的er3+离子的发光半高全宽拓展超过120nm，发光覆盖了全部c+l波段，最终在纳米晶掺杂的聚合物波导放大器中获得了较高的l波段的相对增益；从而满足现代通信系统对波导放大器带宽的需求，并有望在光通信终端、数据传输以及各种光学传感器等领域得到广泛应用。
2、本专利技术通过如下技术方案实现：
3、一种利用晶体场效应实现纳米晶掺杂的聚合物基光波导放大器增益带宽展宽的方法，具体包括如下步骤：
4、s1、合成具有低晶体场对称性的纳米晶基质材料；
5、s2、利用纳米晶合成方法将镧系发光中心离子掺杂进上述纳米晶基质材料的晶格中，利用晶体场效应来获得镧系发光中心离子发射光谱展宽；
6、s3、通过化学方法在纳米晶基质材料的表面修饰有机配体或聚合活性基团，获得可直接进行物理掺杂或可与聚合物单体共聚合的纳米粒子；
7、s4、将表面修饰后的纳米粒子与聚合物通过物理掺杂或化学共聚，制备得到复合聚合物，作为增益介质；
8、s5、将增益介质制备成光波导器件，从而实现放大器增益带宽展宽。
9、进一步地，步骤s1中，通过水热法、高温固相法、溶剂热法、热分解法或微乳液法合成具有低晶体场对称性的纳米晶基质材料。
10、进一步地，步骤s1中，所述纳米晶基质材料包括：氧化物纳米晶、无机氟化物纳米晶体；
11、其中，所述氧化物纳米晶包括：稀土氧化物纳米晶体re2o3、碱土金属氧化物、过渡族金属氧化物纳米晶体；
12、所述无机氟化物纳米晶体包括：ref3、mrefx、kref4、baref5；
13、其中，re为y、sc或镧系元素，m为li、na、k或ba，x＝4或5。
14、进一步地，步骤s2中，所述镧系发光中心离子包括yb3+、tm3+、ho3+、eu3+、er3+、tb3+、nd3+，可利用晶体场效应获得覆盖红外、可见光通信波段展宽的发射光谱。
15、进一步地，步骤s2中，所述镧系发光中心离子为er3+，可利用晶体场效应获得覆盖光通信l波段的发射光谱。
16、进一步地，步骤s4具体包括如下内容：
17、将步骤s3得到的稀土纳米粒子分散在溶剂中，然后加入聚合物单体和引发剂，引发剂的质量为聚合物单体质量的0.01％-1％；通过本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合或乳液聚合的方法将纳米粒子聚合在聚合物基质中；或通过物理掺杂的方法直接掺杂到聚合物中；稀土纳米粒子的用量为最终得到的复合聚合物质量的0.1％-30％。
18、进一步地，所述聚合物单体为可发生加聚反应的单体或可发生缩聚反应的单体；
19、其中，所述可发生加聚反应的单体包括：带有不饱和双键或三键的单体、带有环氧基团的单体；所述带有不饱和双键或三键的单体包括：不饱和酸酯类、烯类单体；所述带有环氧基团的单体包括：甲基丙烯酸环氧丙酯、环氧树脂单体、1,2-环氧丁烷、1,2-环氧-9-癸烯、1,2-环氧庚烷、环氧丙基甲基醚；
20、所述可发生缩聚反应的单体包括：酚醛树脂单体、聚酯、交酯单体。
21、进一步地，聚合温度应控制在10℃-120℃，聚合时间为0.5h-48h。
22、进一步地，步骤s5中，通过旋转涂布、棒式涂布、流延涂布、光刻、等离子刻蚀、激光刻蚀方法制备光通信各波段工作带宽展宽的聚合物光波导放大器。
23、进一步地，步骤s5中，获得掺铒纳米晶聚合物光波导放大器其工作带宽可覆盖l波段。
24、本专利技术的一种利用晶体场效应实现纳米晶掺杂的聚合物基光波导放大器增益带宽展宽的方法的原理如下：
25、利用晶体场效应拓宽掺杂镧系离子在光通信波段低损耗窗口的发光带宽，镧系稀土离子发光来源于4f电子的跃迁，根据跃迁选择定则4f电子的跃迁是禁戒的。在晶体场的作用下，跃迁禁戒被部分打破才能实现镧系离子的发光。因此，镧系离子所处的晶体场对其发光有非常大的影响。镧系离子的4f能级在晶体场对称性较高的晶体中一般为简并的，当镧系离子掺杂在对称性较低的晶体中时，简并的能级发生j劈裂，表现为多个子能级简并解除，子能级之间的跃迁，导致发光光谱拓宽。在本专利技术中，通过筛选纳米晶基质为掺杂的镧系离子提供低对称性的晶体结构，利用晶体场效应使镧系离子在光通信波段发光峰所对应的跃迁能级发生有效的j劈裂，实现掺杂的镧系发光离本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种利用晶体场效应实现纳米晶掺杂的聚合物基光波导放大器增益带宽展宽的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的一种利用晶体场效应实现纳米晶掺杂的聚合物基光波导放大器增益带宽展宽的方法，其特征在于，步骤S1中，通过水热法、高温固相法、溶剂热法、热分解法或微乳液法合成具有低晶体场对称性的纳米晶基质材料。
3.如权利要求1所述的一种利用晶体场效应实现纳米晶掺杂的聚合物基光波导放大器增益带宽展宽的方法，其特征在于，步骤S1中，所述纳米晶基质材料包括：氧化物纳米晶、无机氟化物纳米晶体；
4.如权利要求1所述的一种利用晶体场效应实现纳米晶掺杂的聚合物基光波导放大器增益带宽展宽的方法，其特征在于，步骤S2中，所述镧系发光中心离子包括Yb3+、Tm3+、Ho3+、Eu3+、Er3+、Tb3+、Nd3+，可利用晶体场效应获得覆盖红外、可见光通信波段展宽的发射光谱。
5.如权利要求1所述的一种利用晶体场效应实现纳米晶掺杂的聚合物基光波导放大器增益带宽展宽的方法，其特征在于，步骤S2中，所述镧系发光中心离子为Er3+，可利用晶体场效
6.如权利要求1所述的一种利用晶体场效应实现纳米晶掺杂的聚合物基光波导放大器增益带宽展宽的方法，其特征在于，步骤S4具体包括如下内容：
7.如权利要求6所述的一种利用晶体场效应实现纳米晶掺杂的聚合物基光波导放大器增益带宽展宽的方法，其特征在于，所述聚合物单体为可发生加聚反应的单体或可发生缩聚反应的单体；
8.如权利要求6所述的一种利用晶体场效应实现纳米晶掺杂的聚合物基光波导放大器增益带宽展宽的方法，其特征在于，聚合温度应控制在10℃-120℃，聚合时间为0.5h-48h。
9.如权利要求1所述的一种利用晶体场效应实现纳米晶掺杂的聚合物基光波导放大器增益带宽展宽的方法，其特征在于，步骤S5中，通过旋转涂布、棒式涂布、流延涂布、光刻、等离子刻蚀、激光刻蚀方法制备光通信各波段工作带宽展宽的聚合物光波导放大器。
10.如权利要求1所述的一种利用晶体场效应实现纳米晶掺杂的聚合物基光波导放大器增益带宽展宽的方法，其特征在于，步骤S5中，获得纳米晶掺杂的聚合物基光波导放大器其工作带宽可覆盖S+C、S+C+L、L波段。
...【技术特征摘要】
1.一种利用晶体场效应实现纳米晶掺杂的聚合物基光波导放大器增益带宽展宽的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的一种利用晶体场效应实现纳米晶掺杂的聚合物基光波导放大器增益带宽展宽的方法，其特征在于，步骤s1中，通过水热法、高温固相法、溶剂热法、热分解法或微乳液法合成具有低晶体场对称性的纳米晶基质材料。
3.如权利要求1所述的一种利用晶体场效应实现纳米晶掺杂的聚合物基光波导放大器增益带宽展宽的方法，其特征在于，步骤s1中，所述纳米晶基质材料包括：氧化物纳米晶、无机氟化物纳米晶体；
4.如权利要求1所述的一种利用晶体场效应实现纳米晶掺杂的聚合物基光波导放大器增益带宽展宽的方法，其特征在于，步骤s2中，所述镧系发光中心离子包括yb3+、tm3+、ho3+、eu3+、er3+、tb3+、nd3+，可利用晶体场效应获得覆盖红外、可见光通信波段展宽的发射光谱。
5.如权利要求1所述的一种利用晶体场效应实现纳米晶掺杂的聚合物基光波导放大器增益带宽展宽的方法，其特征在于，步骤s2中，所述镧系发光中心离子为er3+，可利用晶体场效应获得覆盖...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵丹，崔皓，秦伟平，王菲，秦冠仕，贾志旭，李长龙，任昕滢，王伽赫，赵泽昊，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
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