一种亚波长近红外通信光放大器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种亚波长近红外通信光放大器；特别涉及一种以(YVEr)2Si2O7单晶纳米线为增益介质的、亚波长近红外通信光放大器。
技术背景
[0002]以硅酸盐为基质的稀土发光材料，尤其是掺杂Er3+或Er3+、Yb3+共掺的体系，由于其优良的荧光特性被广泛的研究和应用，现有的稀土硅酸盐主要有Er2Si207、Er2S15,Yb2Si2O7' Eu2Si2O7' Y2Si2O7 等。
[0003]目前硅酸盐为基质的稀土发光材料的制备技术以共沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法等为主，这些方法合成的材料以薄膜或颗粒居多，且反应温度较低，因此合成的样品结晶性不好，发光效率较低，不利于进行微纳光集成器件的设计。化学气相沉积法是一种较简易的生长一维纳米线的技术，但是到目前为止，用该方法制备(YVEr)2Si2O7单晶纳米线的技术还未见报道。
[0004]掺Er3+或Er3+、Yb3+共掺的硅酸盐体系不但具有很强的上转换发光特性，而且在通讯波段1.54 μ m处的发射特性较好，1.54 μ m是通讯波段的低损窗口，在光通讯领域有非常重要的意义。所以人们一般采用掺Er3+或Er3+、Yb3+共掺的硅酸盐作为增益介质用于放大器。现有放大器有掺铒光纤放大器(EDFA)和掺馆光波导放大器(EDWA)。EDFA (掺铒光纤放大器)是指以掺铒硅酸盐或掺铒磷酸盐作为增益介质，使光在传输的过程中获得增益，增益效果一般为数十米的长度上可获得几十个dB的增益。目前EDWA (掺饵光波导放大器)的尺寸一般在毫米量级，例如法国Teem Photonics公司推出的一款光波导放大器，尺寸为81mmX35mmX 12mm,增益介质是掺铒玻璃薄膜,信号增益为13dB。无论是掺馆光波导放大器，还是掺铒光纤放大器，其增益介质的的尺寸一般为毫米到厘米级别。
[0005]尽管传统的(掺铒光纤放大器)和EDWA (掺饵光波导放大器)以其高增益、低噪音、良好的温度稳定性目前发展的较为成熟，甚至EDFA已经广泛用于长距离的光纤通讯，但是由于现有技术很难制备出微纳米尺寸的稀土硅酸盐纳米线，这导致掺铒光纤放大器或掺饵光波放大器的尺寸难以达到微纳米量级，无法进行微纳米尺度范围内的光集成。
【发明内容】
[0006]针对现有技术的不足，本发明提供一种微纳尺寸的、亚波长近红外通信光放大器。
[0007]本发明一种亚波长近红外通信光放大器包括单根稀土硅酸盐单晶纳米线、泵浦光源、信号光源、波分复用器、输入光纤、输出光纤；
[0008]所述稀土硅酸盐单晶纳米线一端与输入光纤的探针相连，另一端与输出光纤的探针相连；
[0009]所述稀土硅酸盐单晶纳米线是化学式为(YVEr)2Si2O7的稀土硅酸盐单晶纳米线。
[0010]本发明一种亚波长近红外通信光放大器，包括单根稀土硅酸盐单晶纳米线、泵浦光源、信号光源、波分复用器、输入光纤、输出光纤；所述输入光纤和输出光纤均为拉锥光纤探针，所述拉锥光纤探针由光导部分(传导区)、连接部分(锥形区)、和光针部分(探测区)构成；
[0011]所述波分复用器的输入端分别与泵浦光源和信号光源相连，波分复用器的输出端与输入光纤的光导部分相连，输入光纤的光针部分与单根稀土硅酸盐单晶纳米线的一端相连，单根稀土硅酸盐单晶纳米线的另一端与输出光纤的光针部分相连，输出光纤的光导部分与检测器相连；
[0012]所述稀土硅酸盐单晶纳米线是化学式为(YVEr)2Si2O7的稀土硅酸盐单晶纳米线。
[0013]本发明一种亚波长近红外通信光放大器，所述稀土硅酸盐单晶纳米线的直径为500 ?800nm、长度为 10 ?80 μ m。
[0014]本发明一种亚波长近红外通信光放大器，输入光纤的探针或输出光纤的探针的直径与单根稀土硅酸盐单晶纳米线的直径相当。
[0015]本发明一种亚波长近红外通信光放大器，所述泵浦光源的波长为980nm。
[0016]本发明一种亚波长近红外通信光放大器，所述信号光源的波长为1465nm?1575nm。
[0017]本发明一种亚波长近红外通信光放大器，所述波分复用器为1540/980nm波分复用器。
[0018]本发明一种亚波长近红外通信光放大器，其尺寸为微纳米量级。
[0019]本发明一种亚波长近红外通信光放大器，信号光和泵浦光两束光是经过1540/980nm波分复用器耦合为一束光。信号光和泵浦光耦合后送入单根稀土硅酸盐单晶纳米线中，由可见CCD和红外CCD分别实时监控耦合情况。
[0020]本发明一种亚波长近红外通信光放大器，所述检测器为Horiba-JY光纤光谱仪。
[0021]本发明一种亚波长近红外通信光放大器，所述稀土硅酸盐单晶纳米线是通过下述步骤制备的:
[0022]将Si粉装入磁舟1，将YbCl3与ErCl3按质量比1:1?1:10混合均匀后置于2号瓷舟，将带有金颗粒的Si片置于3号磁舟上；
[0023]将带有进气口和出气口的水平管式炉划分为三个温度区间，自进气口至出气口方向依次为T1温度区间、T2温度区间、T3温度区间；
[0024]将磁舟1、磁舟2、磁舟3对应放置在T1温度区间、T2温度区间、T3温度区间，抽真空，通入载气，升温至磁舟I所在的T1温度区间温度为1050?1200°C，磁舟2所在的T2温度区间温度为650-700°C，磁舟3所在的1；3温度区间温度为650-700°C，载气将Si蒸汽、YbCl3蒸汽、ErCl3蒸汽送至带有金颗粒的Si片上反应2-3小时，得到化学式为(Yb/Er)2Si207、直径为500?800nm、长度为10?80 μ m的稀土娃酸盐单晶纳米线,所述载气由氧气与IS气按体积比5-10:90-95组成；或
[0025]将S12粉装入磁舟1，将YbCl3与ErCl3按质量比1:1?1:10混合均匀后置于2号瓷舟，将带有金颗粒的Si片置于3号磁舟上；
[0026]将带有进气口和出气口的水平管式炉划分为三个温度区间，自进气口至出气口方向依次为T1温度区间、T2温度区间、T3温度区间；
[0027]将磁舟1、磁舟2、磁舟3对应放置在T1温度区间、T2温度区间、T3温度区间，抽真空，通入载气，升温至磁舟I所在的T1温度区间温度为1050?1200°C，磁舟2所在的T2温度区间温度为650-700°C，磁舟3所在的1；3温度区间温度为650-700°C，载气将S12蒸汽、YbCl3蒸汽、ErCl3蒸汽送至带有金颗粒的Si片上反应2_3小时，得到化学式为(Yb/E12Si2O7、直径为500?800nm、长度为10?80 μ m的稀土硅酸盐单晶纳米线；所述载气由氢气与IS气按体积比5-10:90-95组成。
[0028]本发明一种亚波长近红外通信光放大器，所述金颗粒的粒度为300_1000nm。
[0029]本发明一种亚波长近红外通信光放大器，所述YbCl3S纯度彡99.9%的无水YbCl3 ；所述ErCl3为纯度> 99.9%的无水ErCl3 ;所述Si粉的纯度> 99.99% ;所述S12粉的纯度彡 99.99%ο
[0030]本发明一种亚波长近红外通信光放大器，催化沉积反应时，控制沉积压力为300-500mT、载气的流速为40?80sccm。
[0031]本发明一种亚波长近红外通信光放大器，所用稀土硅酸盐单晶纳米线中稀土元素的原子百分比可达18at.%。
[0032]原理及优势
[0033]本发明以一维微纳尺寸的稀土硅酸盐单晶纳米线作为增益介质，成功的制备出了微钠尺寸的、亚波长近红外通信光放大器；有效的解决了现有技术无法进行微纳米尺度范围内的光集成的难题。
[0034]本发明以Si (S12)粉、YbCl3与ErCl3作为原料，以Au颗粒作为催化剂，采用化学气相沉积法制得单晶纳米线结构(YVEr)2Si2O7,纳米线的生长过程遵循V-L-S生长机理。该方法可控性较强，解决了现有稀土硅酸盐材料制备过程中存在的稀土离子掺杂浓度低、所得产品荧光特性差的问题。
[0035]本发明用硅酸盐作为发光基质，Er3+离子作为发光中心，Yb3+离子作为敏化剂以增大Er3+离子的吸收截面，形成