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1、全国第二属塑料光纤、聚合物光子器件研究、生产和应用会议论文集一种用于制作光波导放大器的有机稀土聚合物材料张丹，吴爱华，张希珍，张海明，张大明3( 集成光电子学国家重点实验室吉林大学实验区，长春，1 3 0 0 1 2 )摘要：波导放大器以其结构紧凑、体积小可产生高增益，适合短距离传输而备受关注。本文报道了一种用于制作波导放大器的有机稀土聚合物材料：E r ( D I M ) 3 P h e n 掺杂P ) a A - C , K A 的共聚物，得到了E r 3 + 在这种聚台物材料中的自发发射系数，计算出E 一在4 l i r a 能级上的辐射寿命为1 2 4 m s ，研究了这种材料的发光性
2、能。1 、引言用于补偿城域网中节点损耗的稀土( 工作于1 5 3 0 h m 的铒和1 3 4 0 n m 的钕) 掺杂波导放大器以其结构紧凑、体积小、可产生高增益而备受关注。对于无机材料而言，国内外报道的基于磷酸盐和硅酸盐两大基质上制作的波导放大器技术相对成熟，增益相对较大：1 9 9 7 年荷兰Y C Y e n 等人就已经制作出了增益为4 1 d B c m 的掺铒磷酸盐玻璃1 1 l ，2 0 0 2 年韩国H S H e n 等人制作的掺铒硅酸盐波导放大器的增益可达7 d B l c m ! “，2 0 0 2 年香港E Y B P u n 研究小组用离子交换法成功制作了铒镱共掺磷酸
3、盐玻璃波导，增益为3 3 d B c m I ”。近年来，聚合物光波导器件以其制备工艺简单、成本低、折射率易调控等优点成为研究的热点，用聚合物材料制作的电光调制器、分束器、A W G 、光开关、波导放大器以及传感器等光通信元器件在田内外均有报道，2 0 0 0 年美国R T C h e n 等人在5 c m 的器件上制作出了增益为1 6d B c m 的掺钕聚酰亚胺波导【4 】，2 0 0 4 年香港W H W o n g 等人制作的铒镱共掺聚合物波导放大器获得了0 7 2 d B c m 的增益口】。影响放大器增益的主要因素是材料的发光性质，而决定此性质的是能级闻的跃迁几率、吸收发射截面、辐
4、射寿命、荧光分支比等重要参数，因此对于材料这些参数的裘征是较为重要的。本文报道了一种用于制作波导放大器的有机稀土聚合物材料，计算了在这种材料中E 一在4 1 1 3 n 上的自发发射系数和辐射寿命。2 、实验( 1 ) 、甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸环氧丙酯共聚物( P 蛐v A - G M A ) 的合成将2 的对苯二酚分别加入到一定量的甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸环氧丙酯中，减压蒸馏，分别收集前馏分后的甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸环氟丙酯。在其中添加偶氮二异丁晴，乙酸丁酯，水浴加热7 0 7 5 “ C ，反应4 小时得到共聚物溶液，稀释后过滤。蒸馏部分溶剂。最后添加咪唑作为固化剂，可得到固含量
5、为1 9 的共聚物溶液。( 2 ) 、E t ( D B M ) 3 P h e n - P M M A - G M A 共掺体系的合成3 通信联系人，E - m a i l ：z h a n g d m m a i l j l u e d u o n ；T e l ：+ 8 6 - 4 3 1 - 5 1 6 8 2 7 0 - 8 2 1 3全国第二届塑料光纤、聚合物光子器件研究、生产和应用会议论文集将铒的三元配合物E r ( D B M ) 3 P h c n 以一定比例溶解于二甲基甲酰胺中选择P M M A G M A 共聚体系作为与稀配合物复合的基质P M M A G M A 的溶剂
6、为乙酸丁酯，二者按照一定的比例掺杂，在氮气保护条件下，加热到一定温度固化，可得到不同浓度的稀土配合物的透明光学薄膜。光谱测试在室温下进行，折射率用W V A S E 3 2 型椭偏仪测定。3 、结果和讨论圈1 为掺E r ( D B M ) a P h e n 的P 删【A - G 姒样品的透过光谱，从图中可虬看出，在可见和红外光区域，样品都有较好的透明性，其透过率在9 0 左右。图2 为样品的吸收光谱，图中可以看到E r “在1 5 3 0 n m 、9 7 8 n m 、7 9 8 n m 、6 4 9 n m 和5 2 1 n m 的吸收峰，它们分别对应E r ”从基态4 1 1 5 n
7、 到4 1 1 m ，4 I ，4 k ，4 F 9 a ，2 H 1 1 n的吸收跃迁。w o w l e r 肿m ) 图lE r ( D B M ) 3 P h c n - P M M A - G M A 的透过光谱图2E r ( D B M ) 3 P h c n - P M M A - G M A 吸收光谱由吸收光谱，根据J u d d - O f e l t 理论，计算出了实验吸收谱线强度、辐射跃迁几率等表征材料放大性能的参量，计算结果如表1 所示，E r 3 + 在4 I l m 能级的辐射寿命t 可由下式计算得到：f ，= j 1( 1 )式中彳为E 一由激发态4 1 1 3
8、n 向基态4 I l m 跃迁的自发发射系数，由此得到E l ：+ 在4 I m 能级的辐射寿命为1 2 4 m s ，接近于铒在无机基质中相应能级间的辐射寿命。表lE r ( D B M ) 3 P h e n - P M M A - G M A 光谱参数能级折射率中心波长实验谱线强计算谱线强自发发射系 ( n m )度度数( S 1 )( 1 0 。2 0 c( 1 0 4 0 cm 2 )m 2 )I l m1 4 9 3 81 5 3 01 1 3 11 1 7 68 0 6 44 I I I n1 4 9 6 79 7 8O 5 3 2O 3 9 37 5 6 64 l m1 5 0
9、 2 46 4 90 7 5 5O 7 3 55 8 7 4 52 H 1 l n1 5 0 8 95 2 13 2 8 23 2 8 74 2 9 1 5 4S口临垒置第二届窭辩竞纤、聚含韵光子嚣件研究、生产和应用会议论文集4 、结论本文测试了E r ( D l n l ) 3 P h e n 与P B I A - C A I A 共聚物掺杂后的吸收光谱和透过谱，由吸收光谱计算出了实验吸收谱线强度、辐射跃迁几率等衰征材料放大性能的参量计算得到E 一在| I l 抛能级的辐射寿命为t 2 4 m s 。本课题由固家自然科学基金( 6 0 5 0 7 0 0 4 ) 、新世纪优秀人才支持计划和吉
10、林省杰出青年基金项目( 2 0 0 5 0 11 0 ) 联合资助参考文献t1 、Y C Y l n A J F a b e r , a n dH d ew a a l A p p l P h y s L m t e r s ，T t ( 2 咄1 7N o v e m b m “ 1 9 9 72 、H a k - S e u n g H a n I S e - Y o u n s S e o , a n d J u n s H S h i n A p p l P h y s L e t t e r s 。V o l u m e8 1 , N u m b e r 2 0 。2 0 0 23
11、、S F W o n g , E Y B P u n , l E E E P l m t m d c s T e c h n o l o g y L e t t e r s , V 0 1 1 4 , N o I J a n u m y 2 0 0 24 、G a n r lK a x v e , B i p i nB i h a d , a n d 脚T C h e n , A p p l i e dP h y s i e - qL e t t e r s , V o l u m e7 7 , N u m b e r9 , 2 8A u g u s t 2 05 、W H W 0 n B , E Y B P u nk S C h a n , A p p l i e dP h y s i c s “曲嗡V o l u m e8 4 , N u m b e r 2 1 2J a n u a r y2 0 0 47 I
