一种铒掺杂钇铝石榴石晶体镶套光波导放大器及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种铒掺杂钇铝石榴石晶体镶套光波导放大器及其制备方法，属于光电子器件制备技术领域。
【背景技术】
[0002]光波导是指将光波束缚在一定区域内传播。光波导放大器的信号放大作用是利用光波导掺入的稀土离子在抽运光作用下的受激辐射实现的。铒离子掺杂钇铝石榴石晶体(Nd-doped yttrium aluminum garnet，或简写为Nd: YAG晶体)是一种优良的激光增益介质。具有光学性质好、损伤阈值高、耐热冲击性能好等特点。与铒离子掺杂光纤相比，Nd:YAG晶体具有更高的增益性质、稳定更好。EriYAG晶体可以实现波长为1645纳米左右的光信号增益。因为波长为1645纳米左右的激光是大气窗口和人眼的安全波段，对光通信领域、相干雷达是非常重要，在集成光学、光通讯等方面有很大的应用潜力。
[0003]光波导是集成光学的基本元件。它被定义为低折射率的介质包围起来的高折射率介质区域。由于光束在高折射率和低折射率介质边界处，低折射率介质一侧的全内反射，光可以被限制在高折射率介质中传播。镶套波导是由两个套在一起的光学结构形成的光波导。横截面直径较大的筒状结构(外波导)内部，有一个横截面较小的光波导(内波导)。外波导直径大于或等于100微米，可以与泵浦光纤激光器实现较好的耦合，耦合效率可达80%以上。内波导的折射率大于外波导折射率。在外波导中传播的光，在经过若干次反射后，将最终被内波导限制，形成激光输出。与传统的波导激光器相比，镶套波导激光器可以更好地与泵浦光纤激光器耦合，可以采用更高能量泵浦，实现大功率光信号放大。并能最终把光束的能量约束在非常小的体积内，能够有效的提高光功率密度，从而降低激光器的阈值功率，提高斜率效率。到目前为止，还没有在Er = YAG晶体材料上制备镶套光波导激光器的报道。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的不足，本发明提供一种铒掺杂钇铝石榴石晶体镶套光波导放大器，本发明还提供一种铒掺杂钇铝石榴石晶体镶套光波导放大器的制备方法。
[0005]本发明的技术方案如下:
[0006]一种铒掺杂钇铝石榴石晶体镶套光波导放大器，包括铒掺杂钇铝石榴石晶体，所述铒掺杂钇铝石榴石晶体内贯穿有两条平行间隔的内激光写入踪迹，两条内激光写入踪迹周围设置有若干条均与内激光写入踪迹相平行的外激光写入踪迹，所述若干外激光写入踪迹均匀排布在以两条内激光写入踪迹间隔中心为圆心且以R为半径所做的圆的圆周上；两条内激光写入踪迹之间形成内光波导，若干外激光写入踪迹与两条内激光写入踪迹之间形成外光波导；所述铒掺杂钇铝石榴石晶体垂直于内光波导和外光波导的两个端面分别作为光入射端面和光出射端面。
[0007]所述两条内内激光写入踪迹之间的间隔距离为20-30微米，R的值为100微米。
[0008]所述光出射端面上镀有光学薄膜，该光学薄膜对于波长为1617-1645nm的光透过率为99.9 %，对于波长为1470nm的光透过率低于0.01 %。
[0009]一种铒掺杂钇铝石榴石晶体镶套光波导放大器的制备方法，包括以下步骤如下:
[0010]I)将铒掺杂钇铝石榴石晶体样品的两个横向平面进行抛光，并清洗抛光后的样品表面备用；
[0011]2)用飞秒激光透过步骤I)中晶体的任一横向平面，沿晶体的横向或纵向方向灼烧样品，产生两条间距为20-30微米且平行的内激光写入踪迹，在两条内激光写入踪迹之间形成内光波导；
[0012]3)继续采用飞秒激光在步骤2)中的两条内激光写入踪迹周围写入多条外激光写入踪迹，并且多条外激光写入踪迹均匀排布在以步骤2)中的两条内激光写入踪迹间隔中心为圆心且以100微米为半径所做的圆的圆周上，多条外激光写入踪迹与两条内激光写入踪迹之间形成外光波导；
[0013]4)将晶体垂直于内光波导和外光波导方向的两个端面抛光清洗，分别作为光入射端面和光出射端面；
[0014]5)在步骤4)中的光出射端面上镀光学薄膜，该光学薄膜对于波长为1617-1645nm的光透过率为99.9%，对于波长为1470nm的光透过率低于0.01% ;
[0015]6)通过光入射端面，使用入射光纤，将波长为1617nm-1645的信号光与波长为1470nm的泵浦光同时親合到光波导内，透过光出射端面，将波长为1617nm_1645的信号光耦合到出射光纤内。
[0016]在步骤2)、3)中采用的飞秒激光的脉冲重复频率为200-250千赫兹，能量为2?17微焦/脉冲，写入速度为0.2?15毫米/秒的飞秒激光，波长为1047纳米，脉冲宽度为350飞秒。
[0017]本发明利用铒掺杂YAG光波导结构作为增益介质，使用泵浦光对该结构进行泵浦，实现对特定波段光信号(?1470nm)的放大，在信息通讯领用具有重要应用价值。
【附图说明】
[0018]图1为本发明镶套光波导放大器制备方法的工艺流程图；
[0019]图2为制备铒掺杂钇铝石榴石晶体镶套光波导放大器过程中ab面结构示意图；
[0020]图3为制备铒掺杂钇铝石榴石晶体镶套光波导放大器过程中ac面结构示意图；
[0021]图4为铒掺杂钇铝石榴石晶体镶套光波导放大器结构示意图；
[0022]图中:1.飞秒激光，2.激光写入踪迹，3.内光波导，4.外光波导，5.铒掺杂钇铝石榴石晶体，6.出射光纤，7.光学薄膜，8.入射光纤。
【具体实施方式】
[0023]实施例1
[0024]一种铒掺杂钇铝石榴石晶体镶套光波导放大器，结构如图2-3所示，包括铒掺杂钇铝石榴石晶体5，铒掺杂钇铝石榴石晶体5内贯穿有两条平行间隔的内激光写入踪迹，两条内激光写入踪迹周围设置有若干条均与内激光写入踪迹相平行的外激光写入踪迹，所述若干外激光写入踪迹均匀排布在以两条内激光写入踪迹间隔中心为圆心且以R为半径所做的圆的圆周上；两条内激光写入踪迹之间形成内光波导3，若干外激光写入踪迹与两条内激光写入踪迹之间形成外光波导4 ;所述铒掺杂钇铝石榴石晶体垂直于内光波导和外光波导的两个端面分别作为光入射端面和光出射端面。
[0025]所述两条内内激光写入踪迹之间的间隔距离为20微米，R的值为100微米。光出射端面上镀有光学薄膜，该光学薄膜对于波长为1645nm的光透过率为99.9%，对于波长为1470nm的光透过率低于0.0