基于倏逝波的光波导放大器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了基于倏逝波的光波导放大器及其制备方法，光波放大器包括衬底层、波导层和有源层；其中，所述波导层和所述有源层依序层叠设置在衬底层上，且所述有源层将波导层包覆其中，所述波导层的折射率大于衬底层；另外，所述波导层的两端分别用于输入或输出信号光；本方案巧妙性通过将光信号传输过程中在介质界面处产生的倏逝波进行导入有源层，通过对有源层中的有源材料受到倏逝波的激励而产生受激辐射，令有源层发出的光子再传输回波导中，对光波导中传输的光信号提供额外的正反馈增益，补偿光波导的传输损耗，本方案的光波导放大器在有源和无源光波导器件中都可适用，且其还具备制备方式简单，易于片上集成的优点。易于片上集成的优点。易于片上集成的优点。

【技术实现步骤摘要】
基于倏逝波的光波导放大器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及光学器件领域，尤其涉及基于倏逝波的光波导放大器及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，高速通信领域发展迅速，对光通信芯片要求越来越高，而光波导放大器作为光通信中的补偿各种光通信器件光损耗的基础器件也亟待进一步发展，现有的光波导放大器使用各种不同的结构和材料，将有源层直接形成光波导，在制备技术上因材料而难度各异，存在的最大问题是与目前成熟的硅光波导、氮化硅波导的单片集成制备难度大，除此之外现有的光波导放大器采用价格昂贵的激光器作为光泵浦的方式，通过波分复用器实现光纤与波导端面的耦合，带来额外的耦合损耗和传输损耗，不利于硅光芯片的实际集成应用，这都是急需解决的问题。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种制备简单、易于实现硅光集成、能够对光波导中传输的光信号提供额外正反馈增益且适用于各类光波导器件的基于倏逝波的光波导放大器及其制备方法。
[0004]为了实现上述的技术目的，本专利技术所采用的技术方案为：
[0005]一种基于倏逝波的光波导放大器，其包括衬底层、波导层和有源层；
[0006]其中，所述波导层和所述有源层依序层叠设置在衬底层上，且所述有源层将波导层包覆其中，所述波导层的折射率大于衬底层；
[0007]另外，所述波导层的两端外露在所述有源层外，且分别用于输入或输出信号光。
[0008]作为一种可能的实施方式，进一步，所述波导层包括至少一条波导，且该波导的两端外露在所述有源层外，所述波导的一端设为输入端，其另一端设为输出端。
[0009]作为一种可能的实施方式，进一步，所述波导的输出端形成有多条输出分支。
[0010]作为一种较优的实施选择，优选的，所述波导为脊形波导或矩形波导。
[0011]作为一种较优的实施选择，优选的，所述衬底为生长二氧化硅的硅衬底，所述波导层为聚合物材料或硅材料(Si)或氮化硅材料(Si3N4)制成，所述有源层为掺杂有源物质的聚合物材料，其中有源物质可以是稀土掺杂的纳米颗粒或稀土掺杂的有机配合物或有机分子制成。
[0012]作为一种较优的实施选择，优选的，所述聚合材料为甲基丙烯酸甲酯
[0013](PMMA)或SU
‑
8；所述有机分子为2,6
‑
双[4
‑
二苯胺基苯基]‑
9,10
‑
蒽醌(AQ(PhDPA)2)，所述稀土掺杂的纳米颗粒材料为NaYF4:Er
3+
,Yb
3+
或稀土有机配合物材料为Nd(TTA)3DBTDPO。
[0014]基于上述的结构方案，本专利技术还提供一种基于倏逝波的光波导放大器制备方法，其包括如下步骤：
[0015]S01、移取预设规格的衬底；
[0016]S02、在衬底上制备波导层，将波导层制成预设形态波导；
[0017]S03、利用旋涂法在波导层上制备有源层。
[0018]采用上述的技术方案，本专利技术与现有技术相比，其具有的有益效果为：本专利技术方案提出了基于倏逝波的光波导放大器，其巧妙性通过将光信号传输过程中在介质界面处产生的倏逝波进行导入有源层，通过对有源层中的有源材料受到倏逝波的激励而产生受激辐射，令有源层发出的光子再传输回波导中，对光波导中传输的光信号提供额外的正反馈增益，补偿光波导的传输损耗，本方案的光波导放大器在各类光波导器件中均可适用，无论光波导器件为有源或无源器件，且其还具备制备方式简单，易于硅光芯片片上集成的优点，本方案光波放大器可与各种光通信器件集成，有效提供光信号的损耗补偿，解决全光芯片中传输损耗过大的问题。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1是本专利技术光波导放大器的其中一种实施结构示意图；
[0021]图2是图1中所示结构的侧面示意图；
[0022]图3是本专利技术方案基于倏逝波进行光信号增益放大的简要原理示意图；
[0023]图4是专利技术光波导放大器的另一种实施结构示意图，其示出了波导输出端分为多段输出的结构形式；
[0024]图5是本专利技术实施例1的制备方法简要流程示意图，其示出了以Si为衬底的光波导放大器结构；
[0025]图6是本专利技术实施例1的简要对比测试数据对比曲线图之一；
[0026]图7是本专利技术实施例1的简要对比测试数据对比曲线图之二；
[0027]图8是本专利技术实施例2的制备方法简要流程示意图；
[0028]图9是本专利技术实施例3的制备方法简要流程示意图。
具体实施方式
[0029]下面结合附图和实施例，对本专利技术作进一步的详细描述。特别指出的是，以下实施例仅用于说明本专利技术，但不对本专利技术的范围进行限定。同样的，以下实施例仅为本专利技术的部分实施例而非全部实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0030]如图1至图3之一所示，本专利技术一种基于倏逝波的光波导放大器，其包括衬底层1、波导层2和有源层3；
[0031]其中，所述波导层2和所述有源层3依序层叠设置在衬底层1上，且所述有源层3将波导层2包覆其中，所述波导层2的折射率大于衬底层1；
[0032]在图1所示的实施结构中，所述波导层2包括一条波导2，所述波导2的一端设为输入端，其另一端设为输出端。
[0033]在波导层的波导结构方案，本方案中，作为一种较优的实施选择，优选的，所述波导为脊形波导或矩形波导。
[0034]在各结构的选材上，本方案中，作为一种较优的实施选择，优选的，所述衬底1为生长二氧化硅的硅衬底，所述波导层2可以为聚合物材料或硅材料(Si)或氮化硅材料(Si3N4)制成，所述有源层3为掺杂有源物质的聚合物材料，其中有源物质可以是稀土掺杂的纳米颗粒或稀土掺杂的有机配合物或有机分子制成。作为一种较优的实施选择，优选的，所述聚合材料为甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或SU
‑
8；所述有机分子为2,6
‑
双[4
‑
二苯胺基苯基]‑
9,10
‑
蒽醌(即，AQ(PhDPA)2)，所述稀土掺杂的纳米颗粒材料为NaYF4:Er
3+
,Yb
3+
或稀土有机配合物材料为Nd(TTA)3DBTDPO。
[0035]如图3所示，本方案的光波导放大器在光信号传输在波导中时，根据全反射原理，光信号从波导层入射向有源层和衬底层，会发射全内反射，而波导和有源层之间的界面处会产生一纵向的倏逝波进入有源层，有源层中的有源材料受到倏逝波的激励会产生受本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于倏逝波的光波导放大器，其特征在于，其包括衬底层、波导层和有源层；其中，所述波导层和所述有源层依序层叠设置在衬底层上，且所述有源层将波导层包覆其中，所述波导层的折射率大于衬底层；另外，所述波导层的两端分别用于输入或输出信号光。2.如权利要求1所述的基于倏逝波的光波导放大器，其特征在于，所述波导层包括至少一条波导，所述波导的一端设为输入端，其另一端设为输出端。3.如权利要求1所述的基于倏逝波的光波导放大器，其特征在于，所述波导的输出端可以形成有多条输出分支。4.如权利要求2所述的基于倏逝波的光波导放大器，其特征在于，所述波导为脊形波导或矩形波导。5.如权利要求1至4之一所述的基于倏逝波的光波导放大器，其特征在于，所述衬底为生长二氧化硅的硅衬底，所述波导层为聚合物材料或硅材料或氮化硅材料制成，所述有源层为掺杂有源物质的聚合物材料，其中，有源物质为稀土掺杂的纳米颗粒或稀土掺杂的有机配合物或有机分子制成。6.如权利要求5所述的基于倏逝波的光波导放大器装置，其特征在于，所述聚合材料为甲基丙烯酸甲酯或SU
‑
8；所述有机分子为2,6
‑
双[4
‑
二苯胺基苯基]
‑
9,10
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蒽醌，即AQ(PhDPA)2，所述稀土掺杂的纳米颗粒材料为NaYF4:Er
3+
,Yb
3+
，所述稀土有机配合物材料为Nd(TTA)3DBTDPO。7.一种基于倏逝波的光波导放大器制备方法，其特征在于：其包括如下步骤：S01、移取预设规格的衬底；S02、在衬底上制备波导层，将波导层制成预设形态波导；S03、利用旋涂法在波导层上制备有源层。8.根据权利要求7所述的一种基于倏逝波的光波导放大器制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：张丹，朱纪云，张保平，应磊莹，吕子月，黄宇扬，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：