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近日，華南師范大學(xué)物理學(xué)院鄭克志副教授與吉林大學(xué)王菲教授課題組合作，在稀土納米晶摻雜的S波段聚合物光波導(dǎo)放大器的研究中取得了新突破。相關(guān)成果以“Boosting the Downconversion Luminescence of Tm3+-Doped Nanoparticles for S-Band Polymer Waveguide Amplifier”為題，發(fā)表于國際權(quán)威期刊《Nano Letters》上。

光波導(dǎo)放大器是現(xiàn)代光通信系統(tǒng)的核心器件。與光纖放大器相比，光波導(dǎo)放大器具有制造工藝簡便、器件尺寸小、易與其它小型化器件實現(xiàn)硅基片上集成等優(yōu)點。近年來，隨著集成光子學(xué)的迅猛發(fā)展，利用集成光波導(dǎo)構(gòu)建低功耗和高穩(wěn)定性光放大器的工作引起了研究者們的極大關(guān)注。借助稀土納米晶摻雜，研究者們已經(jīng)獲得了C波段聚合物光波導(dǎo)放大器大量有價值的研究結(jié)果。但是，由于其它光通信波段較低效率的稀土離子光發(fā)射，工作在S, L等低損耗波段的聚合物光波導(dǎo)放大器鮮有報道，難以滿足未來光通信對帶寬的需求。為了解決這一問題，本研究提出在NaYbF4:Tm3+納米顆粒中引入去激活離子Tb3+，利用Tm3+到Tb3+離子的能量傳遞加速Tm3+離子3F4能級的衰減，從而獲得了Tm3+離子1464 nm(3H4→3F4)下轉(zhuǎn)換發(fā)光效率增強一倍的結(jié)果。將制備的稀土納米晶通過其表面的不飽和雙鍵與PMMA聚合，不僅避免了納米晶在聚合物基質(zhì)中團聚問題，同時大幅提高了稀土納米晶的摻雜濃度。利用稀土納米晶-PMMA復(fù)合材料作為增益介質(zhì)構(gòu)造了光波導(dǎo)放大器，采用980 nm激光作為泵浦光，利用此類復(fù)合聚合物光波導(dǎo)放大器在1464 nm處獲得了18 dB的相對增益。這項工作提出了一種提高Tm3+離子下轉(zhuǎn)換發(fā)光的新方法，為開發(fā)稀土納米晶摻雜的S波段聚合物光波導(dǎo)放大器開辟了新思路。

我校物理學(xué)院碩士研究生陳瑩為論文第一作者，我校物理學(xué)院鄭克志副教授與吉林大學(xué)王菲教授為論文共同通訊作者，參與工作的還有我校華南先進光電子研究院詹求強教授等，華南師范大學(xué)為該論文的第一完成單位。該工作得到了國家自然科學(xué)基金、廣東省卓越青年團隊項目、廣東省自然科學(xué)基金和廣州市科技計劃項目等的支持。