一种铒掺杂铌酸锂光波导放大器的制备方法.pdf

一种铒掺杂铌酸锂光波导放大器的制备方法，利用铒掺杂铌酸锂作为增益介质；使用磷离子辐照的方法，在铒掺杂铌酸锂晶体表面，制作光波导结构；对该光波导的两个端面进行镀膜处理，选择特定波长对光信号进行放大；同时将泵浦光与信号光耦合进光波导内，实现光信号放大。

1.  一种铒掺杂铌酸锂光波导放大器的制备方法，其特征在于，该方法包括步骤如下：
1)对铒离子掺杂铌酸锂晶体的待加工面进行光学抛光，所述待加工面与所述铒离子掺杂铌酸锂晶体的c轴垂直；
2)利用离子束加速器发出磷离子，对铒离子掺杂铌酸锂晶体的抛光面轰击，在铒离子掺杂铌酸锂晶体的抛光面形成平面光波导；
3)在所述平面光波导的表面加工脊型光波导；
4)将垂直于脊型光波导的两个端面进行光学抛光，分别作为出射端面和入射端面；
5)对出射端面进行光学镀膜，所述光学镀膜对波长范围为1.53～1.57μm的信号光高透、对波长范围为800nm～815nm的泵浦光高反；
6)使用入射光纤将信号光及泵浦光同时耦合到所述脊型光波导内；
7)透过出射端面及光学镀膜，将出射光耦合到出射光纤内。

2.  根据权利要求1所述的一种铒掺杂铌酸锂光波导放大器的制备方法，其特征在于，在所述步骤1)还包括去除抛光后的铒离子掺杂铌酸锂晶体的表面杂质。

3.  根据权利要求1所述的一种铒掺杂铌酸锂光波导放大器的制备方法，其特征在于，在所述步骤2)中，在铒离子掺杂铌酸锂晶体的抛光面形成平面光波导的厚度为3-10μm。

4.  根据权利要求1所述的一种铒掺杂铌酸锂光波导放大器的制备方法，其特征在于，在所述步骤3)中，加工脊型光波导包括：在所述平面光波导的表面切割两条平行的凹槽，所述凹槽的深度为20～40μm、宽度为80～200μm；所述两条凹槽的间隔为10～30μm,形成一个宽度为10～30μm的脊型光波导。

5.  根据权利要求1所述的一种铒掺杂铌酸锂光波导放大器的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，所述磷离子的能量为8～12MeV，剂量为3～8×10¹⁵ions/cm²。

一种铒掺杂铌酸锂光波导放大器的制备方法
技术领域
本发明涉及一种铒掺杂铌酸锂光波导放大器的制备方法，属于光电子器件制备的技术领域。
背景技术
铒离子掺杂铌酸锂晶体(Er-doped lithium niobate，或简写为Er:LiNbO₃晶体)具有优良的激光特性，可以在光纤通信最小损耗的第三个窗口1530nm波长附近产生激光，还可以进行光放大；另一方面，铒掺杂LiNbO₃晶体材料可以在集成光学中制备有源器件和无源器件，例如如光放大器、激光器、耦合器、滤波器和调制器等，对于集成光学有重要意义。
光波导是一种被低折射率介质包裹的高折射率结构。它是集成光学的最基本元件，用于限制和引导光信号的传输。基于光波导结构可以制备多种有源器件，例如光放大器和激光器。与传统的光放大器、激光器相比，光波导结构可以更好的对光进行限制，由于光波导的横截面很小，达微米量级，光波导内的能量密度更高，因此可以实现更高的能量转换效率、降低激光阈值。到目前为止，还没有利用Er:LiNbO₃晶体光波导制备光放大器的报道。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种铒掺杂铌酸锂光波导放大器的制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种铒掺杂铌酸锂光波导放大器的制备方法，包括步骤如下：
1)对铒离子掺杂铌酸锂晶体的待加工面进行光学抛光，所述待加工面与所述铒离子掺杂铌酸锂晶体的c轴垂直；
2)利用离子束加速器发出磷离子，对铒离子掺杂铌酸锂晶体的抛光面轰击，在铒离子掺杂铌酸锂晶体的抛光面形成平面光波导；
3)在所述平面光波导的表面加工脊型光波导；
4)将垂直于脊型光波导的两个端面进行光学抛光，分别作为出射端面和入射端面；
5)对出射端面进行光学镀膜，所述光学镀膜对波长范围为1.53～1.57μm的信号光高透、对波长范围为800nm～815nm的泵浦光高反；
6)使用入射光纤将信号光及泵浦光同时耦合到所述脊型光波导内；
7)透过出射端面及光学镀膜，将出射光耦合到出射光纤内。
根据本发明优选的，在所述步骤1)还包括去除抛光后的铒离子掺杂铌酸锂晶体的表面杂质。
根据本发明优选的，在所述步骤2)中，在铒离子掺杂铌酸锂晶体的抛光面形成平面光波导的厚度为3-10μm。
根据本发明优选的，在所述步骤3)中，加工脊型光波导包括：在所述平面光波导的表面切割两条平行的凹槽，所述凹槽的深度为20～40μm、宽度为80～200μm；所述两条凹槽的间隔为10～30μm,形成一个宽度为10～30μm的脊型光波导。
根据本发明优选的，所述步骤2)中，所述磷离子的能量为8～12MeV，剂量为3～8×10¹⁵ions/cm²。
本发明的优势在于：
本发明利用铒掺杂铌酸锂作为增益介质；使用磷离子辐照的方法，在铒掺杂铌酸锂晶体表面，制作光波导结构；对该光波导的两个端面进行镀膜处理，选择特定波长对光信号进行放大；同时将泵浦光与信号光耦合进光波导内，实现光信号放大。
附图说明
图1为本发明所述制备方法的工艺流程图；
图2是本发明所述脊型光波导的制备示意图；
在图2中：1、磷离子束；2、平面光波导；3、铒离子掺杂铌酸锂晶体；4.金刚石切割刀片；5、凹槽；6、脊型光波导；
图3是本发明所制备的铒掺杂铌酸锂晶体光波导光放大器的工作示意图；
在图3中：6、脊型光波导；7、入射光纤，8.出射光纤，9.光学镀膜。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图对本发明做详细的说明，但不限于此。
实施例1、
一种铒掺杂铌酸锂光波导放大器的制备方法，包括步骤如下：
1)对铒离子掺杂铌酸锂晶体3的待加工面进行光学抛光，所述待加工面与所述铒离子掺杂铌酸锂晶体3的c轴垂直；
2)利用离子束加速器发出磷离子，对铒离子掺杂铌酸锂晶体3的抛光面轰击，在铒离子掺杂铌酸锂晶体3的抛光面形成平面光波导2；
3)在所述平面光波导2的表面加工脊型光波导6；
4)将垂直于脊型光波导6的两个端面进行光学抛光，分别作为出射端面和入射端面；
5)对出射端面进行光学镀膜，所述光学镀膜9对波长范围为1.53～1.57μm 的信号光高透、对波长范围为800nm～815nm的泵浦光高反；
6)使用入射光纤7将信号光及泵浦光同时耦合到所述脊型光波导6内；
7)透过出射端面及光学镀膜9，将出射光耦合到出射光纤8内。
在所述步骤1)还包括去除抛光后的铒离子掺杂铌酸锂晶体的表面杂质。
在所述步骤2)中，在铒离子掺杂铌酸锂晶体的抛光面形成平面光波导的厚度为3-10μm。
在所述步骤3)中，加工脊型光波导包括：在所述平面光波导的表面切割两条平行的凹槽，所述凹槽的深度为20～40μm、宽度为80～200μm；所述两条凹槽的间隔为10～30μm,形成一个宽度为10～30μm的脊型光波导。
所述步骤2)中，所述磷离子的能量为8～12MeV，剂量为3～8×10¹⁵ions/cm²。
实施例2、
如实施例1所述的一种铒掺杂铌酸锂光波导放大器的制备方法，其区别在于，
所述步骤2)中，所述磷离子的能量为10MeV，剂量为6×10¹⁵ions/cm²。
在所述步骤3)中，加工脊型光波导包括：在所述平面光波导的表面切割两条平行的凹槽，所述凹槽的深度为30μm、宽度为200μm；所述两条凹槽的间隔为30μm,形成一个宽度为30μm的脊型光波导。
在所述步骤5)中，对出射端面进行光学镀膜，所述光学镀膜对波长范围为1.55μm的信号光高透、对波长范围为810nm的泵浦光高反。