近日，我系张丹教授课题组在C带硅光放大与集成领域取得新进展，相关研究成果以“Achieving multiwavelength optical amplification based on polymer waveguides doped with NaYF4:Er3+,Yb3+ nanoparticles under commercial and convenient LED pumping“为题发表在Advanced Materials Technologies上。我系2023级博士研究生吕子月为论文第一作者，张丹教授和吉林大学电子科学与工程学院张大明教授为共同通讯作者，该成果由国家重点研发计划信息光子技术重点专项、国家自然科学基金、福建省自然科学基金等项目资助。
稀土铒(Er3+)镱(Yb3+)共掺光波导放大器可与各类光子器件集成，补偿光通信C带的光损耗，在集成光子芯片中具有重要研究意义。这类光波导放大器一般采用980nm激光器作为泵浦源，依靠Yb3+离子在980nm波长处较大的吸收截面来提高泵浦效率，从而达到敏化Er3+离子，实现Er3+离子在1550nm波长的放大的目的。但980nm激光器泵浦容易造成聚合物波导的热损伤以及稀土铒镱离子的上转换发光，器件的商用化配套成本也高，这些问题使得铒镱共掺光波导放大器在光通信核心芯片的规模化应用受限。因此，探索新的光放大机制与方法具有重要的科学研究意义与工程应用价值。
张丹教授团队将NaYF4:Er3+,Yb3+纳米颗粒掺杂到甲基丙烯酸甲酯等聚合物材料中，设计制备了有源矩形、倏逝波型、双有源复合型三种不同波导结构的器件，在一个低功率LED泵浦下，实现了1550、1067和980 nm三个近红外波长的光增益；并通过在器件上添加反射镜的方法，将波导的增益性能提高了2-3倍，其中，在截面尺寸为4×10μm2的双有源复合型结合反射镜的波导中，在上述三个波长处分别获得了6.6, 4.0, 3.8 dB/cm的增益，并详细阐明了蓝紫光LED泵浦下，Er3+离子向Yb3+离子的逆向能量传递以及量子切割过程。
这项研究是张丹教授课题组将LED泵浦技术应用于有机硅光集成领域的又一次实践，在降低光波导放大器商用化成本的同时，有望提高信道传输容量，适应密集波分复用技术的发展趋势。
《Advanced Materials Technologies》由Wiley-VCH出版，发表与技术相关的材料应用研究，关注先进的器件设计，制造和集成以及基于新材料的新技术，JCR1区收录，影响因子为6.8。
论文链接：https://doi.org/10.1002/admt.202301379
