脉冲激光溅射沉积镱铒共掺Al2O3薄膜工艺参数优化

分别以铝、铒、镱为靶材,采用脉冲激光沉积技术(PLD),在二氧化硅/硅基底上沉积镱、铒共掺的三氧化二铝薄膜.利用原子力显微镜(AFM)、单色仪等分析手段,研究了薄膜的表面形貌、光致发光强度(PL)等性质.优化了氧分压和靶间距两个重要工艺参数.光致发光强度提高14倍,半峰宽提高了70nm.     

掺铒Al2O3薄膜的性能与制备

简述了几种Al2O3薄膜的制备方法,使用中频孪生靶非平衡磁控溅射系统制备了掺铒Al2O3薄膜,并对其进行检测,结果表明该方法制备的薄膜适于制作光纤放大器.     

中频溅射技术沉积镱铒共掺Al2O3薄膜光致发光

用中频孪生靶溅射法在硅片上制备了镱铒共掺氧化铝薄膜(2 cm×2 cm),在室温下检测到薄膜的位于1 535 nm的很强的光致发光光谱(PL),讨论了泵浦功率、镱铒共掺比例、退火温度对光致发光光谱强度的影响.扫描电镜(SEM)观察分析表明,中频孪生靶溅射法沉积的薄膜致密、均匀、光学缺陷少.实验结果表明镱铒共掺薄膜的荧光强度不随泵浦功率的增加而饱和,最佳的镱铒共掺杂比例9∶1,最佳退火温度850 ℃,对各种实验结果给出了理论的解释.     

Er离子注入Al2O3光波导薄膜的发光特性研究

采用溶胶-凝胶和离子注入复合工艺在氧化的Sio2/Si(100)基片上制备掺Er3+:Al2O3光学薄膜.900℃烧结,掺Er3+:Al2O3薄膜的相结构是γ-Al,Er)2O3和θ-(Al,Er)2O3的混合物.室温下测量不同注入剂量的掺Er3+:Al2O3光学薄膜的光致发光谱,均获得了中心波长为1.533 pm的发光曲线.900℃烧结制备掺EPr3+:Al23光学薄膜光致发光强度随着注入剂量从0.2×1016 cm-2增加到4×l016cm-2而逐渐增加.而1200℃烧结制备掺Er3+:Al2O3光学薄膜的光致发光强度随着掺杂浓度从0.2×1016 cm-2增加到4×1016grN-2先增加后减小.     

掺Er Al2O3光波导薄膜材料的制备及光学特性

介绍了掺ErAl2O3光波导薄膜的四种典型制备方法的研究结果。比较铒的发光环境和发光特性,分析了影响光致发光强度和寿命的条件和因素。不同工艺制得的Er∶Al2O3薄膜,膜内成分、膜的晶相、掺杂浓度等对Er3 的发光特性均有影响。退火对发光特性及材料具有改善作用。     

掺铒a-Si:H,O薄膜1.54μm光致发光和微结构

采用等离子化学气相淀积方法,改变SiH4和N2O的流量比制备含有不同氧浓度的a-Si：H,O薄膜.用离子注入方法掺入铒,经300一935℃快速热退火,在波长1.54μm处观察到很强的室温光致发光.氧的加入可以大大提高铒离子的发光强度,并且发光强度随氧含量的变化有一个类似于高斯曲线的分布关系,不是单调地随氧含量的增加而增强.研究了掺铒a-Si:H,O薄膜和微结构,讨论了发光强度与薄膜微结构的关系.     

Yb:Er:Al2O3材料1.53μm光致发光特性数值分析

考虑两级合作上转换、激发态吸收和交叉弛豫等非线性效应,建立了镱铒共掺氧化铝材料体系的八个能级的速率方程,唯象地构造了合作上转换、激发态吸收、交叉弛豫等系数随镱铒掺杂浓度的变化函数,数值模拟了Yb:Er:Al2O3材料1.53μm光致发光强度与掺杂浓度、抽运功率的变化关系.计算结果表明:掺铒浓度、抽运功率一定时,存在一个最佳的镱掺杂浓度;掺铒浓度一定,最佳的镱铒浓度比值随抽运功率的增强而下降;抽运功率一定,优化的镱铒浓度比值随掺铒浓度的升高而下降.计算结果与实验测量结果相吻合.     

掺铒a-Si∶H,O薄膜1.54μm光致发光和微结构

采用等离子化学气相淀积方法 ,改变 Si H4 和 N2 O的流量比制备含有不同氧浓度的 a- Si∶ H,O薄膜 .用离子注入方法掺入铒 ,经 30 0— 935℃快速热退火 ,在波长 1 .54μm处观察到很强的室温光致发光 .氧的加入可以大大提高铒离子的发光强度 ,并且发光强度随氧含量的变化有一个类似于高斯曲线的分布关系 ,不是单调地随氧含量的增加而增强 .研究了掺铒 a- Si∶ H,O薄膜和微结构 ,讨论了发光强度与薄膜微结构的关系 .     

不同波长泵浦的掺铒Al2O3薄膜光波导1．53μm荧光特性

本文通过分析饵的能级结构,考虑了合作上转换、激发态吸收及交叉驰豫等上转换机制,给出了掺铒（Er^3 )Al2O3薄膜光波导1480nm、80nm和820nm3种泵浦波长下的速率方程,通过求稳态解,分析了3种波长泵浦时发射的1．53μm荧光特性以及合作上转换和激光态吸收对荧光的影响,结果表明利用980nm波长泵浦时可得到相对较强的1．53μm荧光,产浦强度时激发态吸收对荧光影响较大,而在高掺（Er^3 ）浓度时合作上转换占主导地位。     

掺铒a-Si:H,O薄膜1.54μm光致发光和微结构

采用等离子化学气相淀积方法,改变ＳｉＨ４和Ｈ２Ｏ的流量比制备含有不同氧浓度的ａ－Ｓｉ：Ｈ,薄膜,用离子注入方法掺入铒,经３００－９３５℃快速热退火,在波长１．５４μｍ处观察到很强的室温光致发光。氧的加入可以大大提高铒离子的发光强度,并且发光强度随氧含量的变化有一个类似于高斯曲线的分布关系,不是单调地随氧含量的增加而增强,研究了掺铒ａ－Ｓｉ：Ｈ,Ｏ薄膜和微结构,讨论了发光强度与薄膜微结构的关系。     

铒镱共掺磷酸盐玻璃波导放大器及上转换性质

研究了采用离子交换和电场辅助退火法制作的铒镱共掺磷酸盐波导放大器的增益特性,测量了Er2O3,Yb2O3掺杂浓度分别为2.2wt%和4.7wt%,长度为1.2cm的器件增益,在130mW,976nm泵浦光泵浦下,输入信号光功率小于1mW时,在1535nm处得到8.5dB的小信号相对增益;当泵浦功率为30mW时,可观测到绿色的上转换辐射光,发光强度随泵浦功率增加而增大;通过单色仪和光电倍增管接收此光,确定是铒粒子由2H11/2和4S3/2能级分别跃迁至基态的上转换辐射光.     

脉冲激光溅射沉积光学增益薄膜实验研究

用脉冲激光沉积方法,以多靶交替溅射方式,在SiO2/Si基底上沉积镱铒共掺Al2O3光学薄膜,讨论了脉冲激光能量对薄膜沉积速率、表面形貌、光致发光强度的影响.在脉冲激光能量较高条件下制备出的薄膜的光致发光性能较好,脉冲激光能量较低条件下制备出的薄膜的表面形貌较均匀.综合放大器增益系数对光致发光强度和光刻工艺对薄膜表面形貌的要求,薄膜应该在合适的激光能量下制备.脉冲激光溅射沉积方法与中频磁控溅射方法相比,在抑制上转换发光方面具有优越性.     

侧蚀对脊形掺铒光波导放大器净增益的影响

用有限元方法分析了脊形掺铒Al2O3光波导放大器内部信号光和泵浦光的电磁场模式分布,结合速率方程和传输方程,数值模拟了脊形Er∶Al2O3光波导放大器的净增益特性,讨论了光波导侧蚀对放大器净增益的影响.     

基于铒镱共掺光纤光栅的M-Z干涉型全光开关

提出了基于铒镱共掺光纤光栅的马赫-曾德尔(M-Z)干涉仪结构的光控光开关,干涉仪的一臂为铒镱共掺光纤,另一臂为铒镱共掺光纤光栅.通过泵浦光来抽运铒镱共掺光纤从而调节两个臂信号光的相位差,引起干涉的变化,从而实现了光开关的作用.实验上在10 mW的泵浦功率水平下,实现了消光比为8 dB的全光开关.     

原位XPS分析Al2O3作为势垒层的Er2O3/Si结构

在超高真空条件下,通过脉冲激光沉积(PLD)技术制作了Er2O3/Al2O3/Si多层薄膜结构,原位条件下利用X射线光电子能谱(XPS)研究了Al2O3作为势垒层的Er2O3与Si界面的电子结构.XPS结果表明,Al2O3中Al的2p芯能级峰在低、高温退火前后没有变化;Er的4d芯能级峰来自于硅酸铒中的铒,并非全是本征氧化铒薄膜中的铒;衬底硅的芯能级峰在沉积Al2O 3时没有变化,说明Al2O3薄膜从沉积到退火不参与任何反应,与Si界面很稳定;在沉积Er2O3薄膜和退火过程中,有硅化物生成,表明Er2O3与Si的界面不太稳定,但随着Al2O3薄膜厚度的增加,其硅化物中硅的峰强减弱,含量减少,说明势垒层很好地起到了阻挡扩散的作用.     

铒镱共掺磷酸盐玻璃波导放大器及上转换性质

研究了采用离子交换和电场辅助退火法制作的铒镱共掺磷酸盐波导放大器的增益特性,测量了Er2O3,Yb2O3掺杂浓度分别为2.2wt%和4.7wt%,长度为1.2cm的器件增益,在130mW,976nm泵浦光泵浦下,输入信号光功率小于1mW时,在1535nm处得到8.5dB的小信号相对增益;当泵浦功率为30mW时,可观测到绿色的上转换辐射光,发光强度随泵浦功率增加而增大;通过单色仪和光电倍增管接收此光,确定是铒粒子由2H11/2和4S3/2能级分别跃迁至基态的上转换辐射光.     

退火对Al2O3薄膜结构和发光性能的影响

氧化铝(Al2O3)薄膜具有许多优良的物理化学性能,在机械、光学及微电子等高科技领域有着广泛应用,一直受到人们的高度关注.但Al2O3具有多种物相形态,性质差别很大.因此研究不同结构对其发光性能的影响在Al2O3实际应用中有着重要意义.本文采用射频磁控溅射技术在单晶硅衬底上制备了Al2O3薄膜,并在氮气中进行了不同温度的退火,对比了退火前后薄膜的结构和光致发光特性.观察到了在384nm和401nm附近的两个荧光峰,这两个发光峰都是由色心引起的.随着退火温度的升高,Al2O3薄膜的结晶质量变好,同时荧光峰峰位发生了相应的变化,强度也发生了明显的变化.     

中频溅射技术制备镱铒共掺Al2O3光波导

在硅单晶（100）衬底上用热氧化法氧化一层SiO2做缓冲层,在高纯铝靶上镶嵌金属Yb,Er,然后用中频磁控溅射法制备了镱铒共掺杂氧化铝薄膜。讨论了靶电压及沉积速率随氧流量的变化的磁滞回线效应,分析得出了沉积氧化物薄膜的最佳氧流量。在室温下检测到了薄膜的位于1535nm的很强的光致发光光谱（PL）,并在光学掩模下用BCl3离子束对薄膜样品进行刻蚀,得到条形光波导。     

高浓度掺铒/镱铒共掺硅酸盐玻璃丝的净增益测量

室温下测量了两种高浓度掺杂硅酸盐玻璃丝的净增益随抽运功率、玻璃丝长度的特性曲线,在100mW功率抽运下,掺铒质量浓度为0.19g/cm3的硅酸盐玻璃丝的单位长度净增益为1.96dB/cm,阈值功率为36mW,最佳长度为4.5cm;掺镱质量浓度为1.1g/cm3、掺铒质量浓度为0.12g/cm3的镱铒共掺硅酸盐玻璃丝,单位长度净增益为3.07dB/cm,阈值功率为28mW,最佳长度为2.5cm。结果表明,在厘米长度量级上可获得近10dB的净增益。镱铒共掺硅酸盐玻璃丝的净增益随抽运功率增长未出现饱和趋势,说明镱作为敏化剂可以改善掺铒光纤放大器的增益特性。     

铒/镱共掺光纤的超荧光研究

研究了铒/镱共掺光纤的超荧光特性,用4.5 m长铒/镱共掺光纤在248 mW的1 064 nm Nd∶YAG激光泵浦下,在峰值波长1 534.96 nm处,光谱3 dB带宽为1.76 nm.其输出光功率达23 mW,斜率效率为12.9%,输出功率稳定性为±0.05 dB.