稀土摻雜光波導(dǎo)放大器是片上光子集成的重要器件之一，可以和光開關(guān)、調(diào)制器、微環(huán)、探測(cè)器等各種有源/無源光子器件集成在一起，補(bǔ)償光子集成芯片的光損耗。然而，這類器件存在激光泵浦造成的波導(dǎo)熱損傷、稀土離子上轉(zhuǎn)換發(fā)光、商用化成本高等問題，限制了其在光通信核心芯片的規(guī)?；瘧?yīng)用?；诖耍瑥埖そ淌趫F(tuán)隊(duì)與黑龍江大學(xué)許輝教授團(tuán)隊(duì)合作，制備了具有高效近紅外發(fā)光性能的系列稀土鉺、釹配合物，揭示了配體與中心稀土離子的分子內(nèi)能量傳遞機(jī)理，解決了低功率泵浦實(shí)現(xiàn)光增益的技術(shù)瓶頸問題，開發(fā)的硅基稀土摻雜光波導(dǎo)放大器具有成本低廉、環(huán)境友好、增益出色的特點(diǎn)，特別適用于高密度光子集成芯片的光損耗補(bǔ)償。
成果一：研制了基于一維鉺配位鏈摻雜的硅基聚合物光波導(dǎo)放大器，在1.53 μm 、1.55 μm兩個(gè)近紅外波長(zhǎng)分別實(shí)現(xiàn)了10.5和 8.5 dB/cm 的高增益。
開發(fā)了一維鉺配位鏈[Er(DBTTA)3(FDPO)]n，通過磷氧化物配體橋接來提高局部Er3+離子濃度和輻射效率，以及配體到Er3+的鏈內(nèi)能量遷移效率；采用與CMOS兼容的半導(dǎo)體工藝，制備了硅基摻鉺光波導(dǎo)放大器，通過調(diào)控波導(dǎo)截面尺寸的方法提高1.5 μm信號(hào)光與365 nm LED泵浦光光場(chǎng)的重疊，在截面尺寸為2 × 3 μm2，長(zhǎng)度為1cm的波導(dǎo)中，實(shí)現(xiàn)了1.53 和1.55 μm波長(zhǎng)光增益。
該成果以“ Optical Amplification at 1.5 μm in ErIII Coordination Polymer-Doped Waveguides Based on Intramolecular Energy Transfer ”為題，發(fā)表在《Advanced Science》( IF:15.1)，我系2021級(jí)碩士生史曉武與黑龍江大學(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。
成果二：研制了基于單核鉺配合物的硅基光波導(dǎo)放大器，獲得了光通信C波段11.6 dB/cm的增益，該器件增益是目前報(bào)道的摻鉺配合物光波導(dǎo)放大器的最高增益。
構(gòu)建了一種單核鉺配合物Er(DBTTA)3(DBFDPO) ，依靠膦氧基配體 DBFDPO 具有配位能力的氧原子，抑制溶劑效應(yīng)導(dǎo)致的激發(fā)態(tài)結(jié)構(gòu)松弛，增強(qiáng)配體到Er3+離子的能量傳遞效率；制備了基于該單核鉺配合物硅基聚合物光波導(dǎo)放大器，在截面尺寸為4 × 4 μm2的波導(dǎo)中，實(shí)現(xiàn)了C波段8.2 dB cm?1的相對(duì)增益；通過添加鋁反射鏡的方法，進(jìn)一步提升了器件對(duì)LED泵浦光的吸收效率，將相對(duì)增益和內(nèi)增益分別提高至11.6 和7.4 dB cm?1。
該成果以“Demonstration of Optical Gain at 1535 nm Based on ErIII Complex-Doped Polymer Waveguides Under Light-Emitting Diode Excitation“為題發(fā)表在《Advanced Optical Materials》（IF: 9.0），我系2021級(jí)碩士生何巖與黑龍江大學(xué)博士生滿意為論文的共同第一作者，張丹教授和許輝教授為共同通訊作者。
成果三：提出了一種有效的“局部積累輸出”策略用于開發(fā)高增益一維鏈Nd3+配位聚合物近紅外發(fā)光材料及光波導(dǎo)器件。
在基于一維鏈Nd3+配位聚合物制備的嵌入式和倏逝場(chǎng)型兩種硅基摻釹光波導(dǎo)器件中，采用功率< 200 mW的365 nm LED泵浦，在1.06 μm波長(zhǎng)分別實(shí)現(xiàn)了5.7和4.9 dB/cm的光增益，此性能超過了目前大多數(shù)無機(jī)摻釹波導(dǎo)放大器。這項(xiàng)工作強(qiáng)調(diào)了在宿主基質(zhì)中實(shí)現(xiàn)均勻分散與局部鑭系中心化的平衡對(duì)于開發(fā)高性能稀土摻雜光波導(dǎo)放大器的重要性，得出的準(zhǔn)確構(gòu)效關(guān)系對(duì)硅光放大領(lǐng)域的后續(xù)研究具有重要的參考意義。
該成果以“Phosphine Oxide-Nd3+ Coordination Chains with Cumulated Output Enable Efficient LED-Pumping Optical Amplification“為題發(fā)表在《Journal of American Chemical Society》（IF: 15.4），黑龍江大學(xué)滿意與我系2021級(jí)碩士生史曉武為論文的共同第一作者，黑龍江大學(xué)許輝、韓春苗教授和張丹教授為共同通訊作者。
