近日,廈門(mén)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)院張丹教授團(tuán)隊(duì)與黑龍江大學(xué)化學(xué)化工與材料學(xué)院許輝教授團(tuán)隊(duì)合作,在有機(jī)光子器件及其集成技術(shù)領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展,相關(guān)成果以“High-Gain of NdⅢComplex Doped Optical Waveguide Amplifiers at 1.06 and 1.31 μm Wavelengths based on Intramolecular Energy Transfer Mechanism”為題發(fā)表于Advanced Materials上,并被選為當(dāng)期卷首文章(frontispiece)。
稀土摻雜光波導(dǎo)放大器作為補(bǔ)償各類光損耗的重要光子器件,在集成光子芯片中應(yīng)用廣泛。這類器件一般采用激光器作為泵浦源,依靠稀土離子的本征吸收與輻射躍遷來(lái)實(shí)現(xiàn)光放大,然而,激光器泵浦容易造成波導(dǎo)的熱損傷以及稀土離子的上轉(zhuǎn)換發(fā)光,器件的商用化配套成本也高,且在硅光芯片中無(wú)法靈活放置,這些問(wèn)題使得稀土摻雜光波導(dǎo)放大器在平面光子集成中的規(guī)?;瘧?yīng)用受限。因此,探索新的光放大機(jī)制與方法具有重要的科學(xué)研究意義與工程應(yīng)用價(jià)值。
張丹教授與許輝教授的這項(xiàng)研究工作以噻吩基三氟甲基乙酰丙酮(TTA)為陰離子配體,以含有二苯基膦氧基團(tuán)的XPO為中性配體,合成了釹配合物Nd(TTA)3(XPO),通過(guò)有機(jī)配體與中心稀土釹離子的分子內(nèi)能量傳遞作用,實(shí)現(xiàn)了釹離子在兩個(gè)近紅外波長(zhǎng)1.06 μm 和1.31 μm的高效發(fā)光;同時(shí),設(shè)計(jì)并制備了適合材料的掩埋條形和倏逝波型兩種結(jié)構(gòu)的硅基光波導(dǎo)器件,采用低功率發(fā)光二極管(LED)替代傳統(tǒng)的激光器作為泵浦源,在1.06 μm波長(zhǎng)處實(shí)現(xiàn)了22.5 dB/cm的光增益,這是目前有機(jī)光波導(dǎo)放大器在該波長(zhǎng)的最高增益報(bào)道;同時(shí),器件在1.31 μm波長(zhǎng)處獲得了8.4dB/cm的光增益,這也是該類器件在光通信O波段實(shí)現(xiàn)高增益光放大的首次突破。
這項(xiàng)研究將分子內(nèi)能量傳遞理論與LED泵浦技術(shù)相結(jié)合,首次實(shí)現(xiàn)了器件在一個(gè)低功率LED泵浦下的近紅外波段雙波長(zhǎng)的高增益。同時(shí),大大降低了光波導(dǎo)放大器的商用化成本,適應(yīng)密集波分復(fù)用技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì),推動(dòng)了有機(jī)光波導(dǎo)放大器在硅光互聯(lián)與集成的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
該工作涉及信息光子、化學(xué)、物理等多學(xué)科交叉領(lǐng)域,電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)院(國(guó)家示范性微電子學(xué)院)2021級(jí)碩士生林鑄良與黑龍江大學(xué)化學(xué)化工與材料學(xué)院博士生滿意為論文的共同第一作者,張丹教授和黑龍江大學(xué)許輝教授為共同通訊作者,這項(xiàng)工作得到了電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)院張保平教授、于大全教授的悉心指導(dǎo),由國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃信息光子技術(shù)重點(diǎn)專項(xiàng)(2021YFB2800500)、國(guó)家自然科學(xué)基金(61875170,61107023)、福建省自然科學(xué)基金(2022J01063)等項(xiàng)目資助,廈門(mén)大學(xué)為成果的第一完成單位。
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