硅基光电集成用铒镱(钇)硅酸盐光波导材料与器件研究

【作者】 王兴军； 郭瑞民； 王冰； 王磊； 周治平；

【机构】 北京大学信息科学技术学院 区域光纤通信网与新型光通信系统国家实验室(北京分区)；

【摘要】 硅基光电集成利用硅基微电子成熟的工艺技术、高集成密度、低廉的价格以及光子超快传输速率和高抗干扰性的优势,近几年引起了人们广泛兴趣。硅基光电集成所需器件包括光源、波导放大器、调制器、探测器、光开关、分束/合束器,波分复用/解复用器等等。其中,光波导放大器可以补偿上述光子器件的损耗,在光电集成回路中具有重要意义。目前,掺铒光波导放大器由于发射波段在通信波段成为大家关注的热点。已经有多种掺铒基体材料用来制备波导放大器,如硅,氧化硅,氧化铝等等。但这些基体材料的掺铒浓度较低,限制了光信号的放大。本文采用铒镱(钇)硅酸盐作为波导放大器的材料。充分利用铒镱(钇)硅酸盐作为化合物,铒离子浓度高的优点,来制备光波导放大器。首先采用溶胶-凝胶法和磁控溅射两种方法分别制备铒镱(钇)硅酸盐薄膜材料,通过优化铒镱(钇)的离子浓度,获得高两个数量级的优良光致发光特性。通过铒速率方程和传输方程数值计算了光波导放大器光增益与铒浓度、波导长度、泵浦功率和信号功率的关系。然后利用光刻机和反应离子刻蚀机等微加工设备,制备出铒镱(钇)硅酸盐光波导,测量了光波导放大器的传输损耗和端面耦合损耗,获得2.8dB/cm的光信号放大。更多还原