本发明专利技术属于上转换发光及光波导器件技术领域，具体涉及利用上转换发光材料作为光泵浦材料制备光波导器件实现光放大的方法。根据反斯托克斯发光原理，利用低频长波长光泵浦，发射高频短波长的光，进而利用上转换发光实现光放大。本发明专利技术可实现红外光泵浦下紫外、可见、近红外光频段的光放大。其首先是制备掺杂敏化剂离子和发光中心离子的上转换发光材料，再将上转换发光材料通过物理、化学方法掺杂于有机或无机材料中制备增益介质；然后利用增益介质制备光波导器件，通过不同的泵浦光激发上转换发光材料，获得各频段的上转换发光，并在光波导器件中实现光放大。本方法制备的光波导放大器可通过上转换发光机制发射信号光波长的光，实现信号光增益。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于上转换发光及光波导器件
，具体涉及利用上转换发光材料作为光栗浦材料制备光波导器件实现光放大的方法。根据反斯托克斯发光原理，利用低频长波长光栗浦上转换材料，发射高频短波长的光，进而利用上转换发光实现光放大。本专利技术可实现红外光栗浦下紫外、可见、近红外光频段的光放大。
技术介绍
多光子上转换发光是一个反斯托克斯发光过程。上转换发光材料可以吸收小能量低频率长波长的光子，发射高能量高频率短波长光子。基于上转换发光原理的材料和器件在激光、通信、能源、医疗、军事、航空航天和人们日常生活中都有着十分重要的应用前景。光放大器是新一代光纤通信系统中必不可少的关键器件。光放大器解决了光信号衰减对光网络传输速率与距离的限制，大大促进了全光网络的发展。由于吸收散射等原因，信号在光纤中存在损耗，需要光放大器对信号光进行放大。稀土元素掺杂的光波导放大器利用光波导结构将栗浦光能量约束在截面积非常小的区域，从而提高栗浦光功率密度和有效作用长度，实现在工作波长内单位长度波导的高信号增益，从而有效地补偿其它光波导器件如:波分复用器、分束器、调制器、光开关、隔离器在光传输过程中的损耗，为光电子器件的小型化、集成化提供了可行性方案，因而受到广泛研究。随着光纤通信技术的发展，使得1280nm到1625nm甚至1700nm都成为光通信的低损耗窗口，带宽可达到345nm至520nm。聚合物光纤作为短距离通信网络的理想传输介质，其传输的光信号可位于近红外光到可见光频段。比如在车载系统中，文献报道用650nm的红光来传输信号。随着光通信信号光波长的多样化，光波导放大器需要更宽的带宽来实现多信道的光放大。目前，光波导放大器都是利用短波长的栗浦光来激发，实现长波长信号光的增益，即相关研究都是根据斯托克斯下转换发光原理，利用短波长的高能光对掺杂在光波导增益介质中的发光中心离子进行激发，使其发射信号光频段的长波长低能光，实现信号光的增益。特别是对于近红外、可见波段的光放大，目前都是采用蓝紫光以及紫外光作为栗浦光源。栗浦光源成本高且器件在高能光子作用下易于老化。
技术实现思路
本专利技术提出利用上转换发光材料掺杂作为增益介质制备光波导放大器，根据反斯托克斯上转换发光原理，利用小能量、低频率、长波长的光子作为栗浦光源，激发增益介质中的发光中心离子，使其发射信号光频段的短波长光，实现信号光的增益。例如:铒镱共掺的稀土纳米粒子可在980nm的近红外激光栗浦下发射540nm的绿色上转换焚光。将这种纳米粒子掺杂在聚合物中制备成增益介质，利用此增益介质制作光波导放大器，可实现980纳米光栗浦，540nm信号光的增益。另外，利用材料的上转换发光特性实现光波导器件的光放大，一般可利用红外或近红外半导体激光器作为栗浦光源，价格低廉，对光波导器件的光损伤较小。本专利技术将上转换发光原理应用于光波导放大器
，目的是利用上转换发光材料作为光栗浦材料制备光波导器件，根据反斯托克斯发光原理，提供一种利用上转换发光实现光波导器件在紫外、可见、近红外频段光放大的新方法。具体步骤如下:(I)将掺杂敏化剂离子和发光中心离子的上转换发光材料掺杂于有机或无机材料中制备增益介质；(2)利用增益介质制备光波导器件，通过不同的栗浦光激发上转换发光材料，获得各频段的上转换发光，并在光波导器件中实现光放大。本专利技术的目的是通过如下技术方案实现的:1、制备掺杂敏化剂离子和发光中心离子的上转换发光材料:通过将敏化剂离子(可以为Yb3+、Ce' Gd3+等稀土离子或Mn 2+、Pb2+等过渡族金属离子)和发光中心离子(可以为Er3+、Tm3+、Nd'Ho'Eu'Tb3+等稀土离子或Mn'Cr'Ru3+等过渡族金属离子)掺入到基质中，制备核-壳结构或非核-壳结构的上转换发光材料，在同一基质中掺杂的敏化剂离子和发光中心离子不相同。发光中心离子可通过上转换发光机制发射光放大器信号光频段的光，以实现信号光增益。例如:Yb3+和Er 3+共掺杂的NaYF 4材料在980nm的红外光激发下可发射中心波长为800nm、650nm、545nm等波长的上转换焚光，因此利用此上转换材料作为增益介质制备光波导器件，可实现980nm红外光激发的这三个频段信号光的增益。Yb3+和Tm3+共掺杂的NaLuF4M料在980nm的红外光激发下可发射中心波长为362nm、450nm、479nm和648nm等波长的上转换荧光，因此利用此上转换材料作为增益介质制备光波导器件可实现980nm红外光激发的这四个频段信号光的增益。上转换发光材料的基质可以包括无机氧化物、无机氟化物、具有核-壳结构的无机纳米粒子;多组分的无机玻璃如硅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、碲酸盐玻璃、ZBLAN玻璃等等。在基质材料中掺杂的敏化剂离子和发光中心离子，当掺杂的基质为RE203、REF3,MREFJt，其中掺杂的敏化剂离子的浓度(敏化剂离子的浓度定义为:敏化剂离子的摩尔量/(敏化剂离子的摩尔量+发光中心离子的摩尔量+基质中稀土离子的摩尔量)为0%?50% (敏化剂离子的浓度为0%时，表示不掺杂敏化剂离子)，发光中心离子的浓度(发光中心离子的浓度定义为:发光中心离子的摩尔量/(敏化剂离子的摩尔量+发光中心离子的摩尔量+稀土纳米粒子中稀土离子的摩尔量)为0.01%?30%，且敏化剂离子和发光中心离子的浓度之和小于50%。若制备核-壳结构的上转换发光材料，敏化剂离子和发光中心离子可掺杂到核或壳中，敏化剂离子和发光中心离子的浓度按照核或壳中的稀土离子量分别进行计算(如实施例2中NaYF4/NaLuF4:18% Yb, 2% Er纳米粒子，仅在壳层掺杂敏化剂和发光中心离子，即为在壳层中掺杂18% Yb, 2% Er，Er的浓度为发光中心离子Er的摩尔量/发光中心离子Er的摩尔量+壳层中稀土离子Yb的摩尔量+壳层中稀土离子Lu的摩尔量)。当基质材料为MgO、CaO、ZnO、T12, S12等时，敏化剂离子的浓度(敏化剂离子的浓度定义为:敏化剂离子的摩尔量/ (敏化剂离子的摩尔量+发光中心离子的摩尔量+基质中阳离子的摩尔量)为0%?50% (敏化剂离子的浓度为0%时，表示不掺杂敏化剂离子)，发光中心离子的浓度(发光中心离子的浓度定义为:发光中心离子的摩尔量/(敏化剂离子的摩尔量+发光中心离子的摩尔量+基质中阳离子的摩尔量)为0.01%?30%。敏化剂离子对栗浦光具有较大的吸收系数并能向发光中心离子传递能量，发光中心离子可通过上转换发光基质发射信号光波长的光，以实现利用上转换发光材料获得信号光增益。制备上转换发光材料的方法可以为固相法、沉淀法、水(溶剂)热法、高温热分解法或微乳液法，制备的上转换发光材料可以为水(醇)溶或油溶性。2.通过物理、化学方法将上转换发光材料掺杂于有机或无机材料中制备增益介质:通过共混、熔融、压片等物理方法或原位生长、原位包覆、溶胶-凝胶、从单体共聚等化学方法将上转换发光材料掺杂在有机或无机材料中，将得到的复合材料作为光放大器的增益介质，其中上转换发光材料的掺杂浓度为1%?100% (如铒镱共掺杂的上转换发光玻璃(ZBLAN:Yb，Er)可直接作为增益介质，此时不使用有机或无机材料)。无机材料可以为玻璃网络材料(如ZBLAN玻璃，K9玻璃等)、本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用上转换发光材料实现光波导器件光放大的方法，其步骤如下：(1)将掺杂敏化剂离子和发光中心离子的上转换发光材料掺杂于有机或无机材料中制备增益介质；(2)利用增益介质制备光波导器件，通过不同的泵浦光激发上转换发光材料，获得各频段的上转换发光，并在光波导器件中实现光放大。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵丹，秦伟平，王菲，秦冠仕，张大明，郑克志，张永玲，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22
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