稀土掺杂氟化物纳米晶的合成、表征及其在有机光波导放大器中的应用

【摘要】光通信已深刻地改变了人们的生活与工作方式；在可预见的未来，它还将继续影响人类社会的走向与发展。在这一因光通讯而导致的人类社会的巨变中，可集成的光波导器件及光波导工艺技术正在或即将扮演本次变革中最重要的关键角色。为实现集成光电子器件中光信号的放大，光波导放大器应运而生。与传统的无机光波导放大器相比较，聚合物光波导放大器有着成本低廉、制作工艺简单、折射率易于调节等优点，因此未来有机聚合物光波导放大器终将取代无机光波导放大器。然而，有关聚合物光波导放大器的研究才刚刚起步，目前得到的有机聚合物光波导放大器的可靠性差、增益小且不稳定，离实际应用还有很大的差距。芯层增益介质材料对光波导放大器的性能有着决定性的影响。由于稀土掺杂氟化物纳米晶是较为理想的聚合物光波导放大器芯层增益介质材料，因此本论文对应用于聚合物光波导放大器的稀土掺杂氟化物纳米晶材料进行了研究，并取得了如下创新性结果：（1）我们找到了合成光波导芯层增益介质材料的最佳方法。我们分别利用溶剂热法，传统的高温热分解法，三氟乙酸盐作为前驱体的高温热分解法，掺入Gd离子的高温热分解法，油氨、油酸和十八烯体系的高温热分解法合成了稀土掺杂氟化物纳米晶。对样品的X射线衍射峰、形貌与光谱特性进行表征，发现通过油氨、油酸、十八烯体系的高温热分解法合成的纳米晶尺寸可被控制在15nm以下，并且形貌均匀，有着较好的油溶性和较高的下转换效率。（2）-NaLuF4:Yb3+,Er3+是更理想的光波导放大器芯层增益介质材料。我们选择了-NaYF4、-NaLuF4、-NaLuF4、-NaYF4和LiYF4五种具有较高下转换发射效率的纳米晶材料作为稀土掺杂的基质材料，利用同一种方法和基本相同的条件分别进行了合成；合成的几种纳米晶样品的粒径尺寸均约为15nm，且在环己烷、氯仿、甲苯等有机溶液中具有较好的溶解性。相同的条件下利用980nm激光分别对几种样品进行激发，比较样品在1550nm波长附近的红外发射强度。最终发现，当纳米晶材料的粒径尺寸较小时，在1550nm波长附近，-NaLuF4:Yb3+,Er3+具有更强的发射。（3）尺寸为8nm的-NaLuF4:Yb3+,Er3+纳米晶材料，相对于尺寸为15nm和23nm的纳米晶材料，更适于作为光波导放大器芯层增益介质。我们利用相同的条件，合成了8nm、15nm、23nm的-NaLuF4:Yb3+,Er3+纳米晶材料；利用相同的工艺将样品分别掺入到光波导芯层材料中制成了聚合物光波导放大器，在相同条件下测试后发现，掺杂有粒径尺寸为8nm纳米粒子的光波导放大器具有更大的增益。
【作者】刘树森；
【导师】秦伟平；
【作者基本信息】吉林大学，物理电子学，2014，硕士
【关键词】聚合物光波导放大器；氟化物纳米晶；高温热分解法；铒离子掺杂；纳米材料；

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