适用led光源泵浦的掺铒光放大器材料的制备方法
【专利摘要】一种适用LED光源泵浦的掺铒光放大器材料的制备方法，包括如下步骤：步骤1：取SrmBanSixOy：Er3+/RE；步骤2：将SrmBanSixOy：Er3+/RE压制成靶材；步骤3：采用溅射的方法，溅射靶材；步骤4：靶材上溅射出的粒子，在基片上沉积，形成SrmBanSixOy：Er3+/RE的薄膜，完成制备。本发明是通过设计铒光放大器材料的结构，以实现铒离子对LED光源发出的光具有高吸收效率，提高泵浦光效率，从而可以有效降低光放大器的成本。
【专利说明】适用LED光源泵浦的掺铒光放大器材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及铒光放大器的技术，特别是适用LED光源泵浦的掺铒光放大器材料的制备方法。通过设计铒光放大器材料的结构，可以实现铒离子对LED光源发出的光具有高吸收效率，提高了泵浦光效率，从而有效降低光放大器成本的技术。
【背景技术】
[0002]光放大器作为光通信网络中的核心器件，一直是光通信领域的一个重要内容。光放大器能够直接进行光放大，无需经过光电转换，从而消除目前许多系统中的电子瓶颈，好比信息高速公路的“加油站”，使超长距离传输成为可能。掺铒(Er)光放大器由于其独特的优势，在光通信领域应用十分广泛。然而，稀土 Er3+具有窄的能级吸收的特点，掺铒光放大器需要采用价格昂贵的单模激光器(比如980nm、1480nm)来泵浦。如果能够采用LED光源来泵浦掺铒光放大器，那么掺铒光放大器的成本将可以进一步降低。虽然也有报导采用大功率LED来直接泵浦铒光放大器，但由于没能从根本上解决Er3+能级吸收弱的特点，泵浦效率非常低，限制了其在现实中的应用。此外，也有采用将Er3+掺入半导体材料中，实现LED光源的泵浦的光放大器，但泵浦效率等问题仍未很好地解决。因此，研制LED光源激发下，Er3+高效发光的基质材料对实现低成本的掺铒光放大器有着重要的意义。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于，提供一种适用LED光源泵浦的掺铒光放大器材料的制备方法，其是通过设计铒光放大器材料的结构，以实现铒离子对LED光源发出的光具有高吸收效率，提高泵浦光效率，从而可以有效降低光放大器的成本。
[0004]本发明提供一种适用LED光源泵浦的掺铒光放大器材料的制备方法，包括如下步骤:
[0005]步骤1-M SrmBanSixOy =Er3+ / RE ；
[0006]步骤2:将 SrmBanSixOy =Er3+ / RE 压制成靶材；
[0007]步骤3:采用溅射的方法，溅射靶材；
[0008]步骤4:靶材上溅射出的粒子，在基片上沉积，形成SrmBanSixOy:Er3+/RE的薄膜，完成制备。
[0009]本发明还提供一种适用LED光源泵浦的掺铒光放大器材料的制备方法，包括如下步骤:
[0010]步骤1:取 SrmBanSixOy:RE ；
[0011]步骤2 ^Er2O3;
[0012]步骤3:将SrmBanSixOy:RE:RE和Er2O3分别压制成靶材；
[0013]步骤4:采用溅射的方法，同时溅射两种靶材；
[0014]步骤5:靶材上溅射出的粒子，在基片上沉积，形成SrmBanSixOy =Er3+ / RE的薄膜，完成制备。【专利附图】
【附图说明】
[0015]为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中:
[0016]图1是本发明实施例1的制备流程图；
[0017]图2是本发明实施例2的制备流程图；
[0018]图3是SrmBanSixOy:Er3+ / RE薄膜的红外发光谱和红外发光对应的激发谱。
【具体实施方式】
[0019]实施例1:
[0020]请参阅图1所示，本发明提供一种适用LED光源泵浦的掺铒光放大器材料的制备方法，包括如下步骤:
[0021]步骤1:取 SrmBanSixOy:Er3+/RE,所述的 SrmBanSixOy =Er3+ / RE 材料中 Er 的原子百分数为0.0Olat.%至IOat.%, RE的总原子百分数为0.0Olat.%至IOat.%，所述SrmBanSixOy =Er3+ / RE 材料中 Er 和 RE 的摩尔比为 0.01 至 100，所述 SrniBanSixOy =Er3+ / RE材料中的RE为Ce、Pr、Eu、Tb、Tm或Yb，或及其组合，其中m的数值为0_2，n的数值为0_2，所述SrmBanSixOy:Er3+ / RE材料中m和η的和为0-2，所述的SrmBanSixOy:Er3+ / RE材料中的χ的数值为0-3，y的数值为0-7 ；
[0022]步骤2:将 SrmBanSixOy:Er3+/RE 压制成靶材；
[0023]步骤3:采用溅射的方法，溅射靶材；
[0024]步骤4:靶材上溅射出的粒子，在基片上沉积，形成SrmBanSixOy =Er3+ / RE的薄膜，完成制备。
[0025]实施例2:
[0026]请参阅图2所示，本发明提供一种适用LED光源泵浦的掺铒光放大器材料的制备方法，包括如下步骤:
[0027]步骤1:取SrmBanSixOy:RE,所述的SrmBanSixOy:RE材料中，RE的总原子百分数为0.0Olat.%至 IOat.%，所述 SrniBanSixOy:RE 材料中的 RE 为 Ce、Pr、Eu、Tb、Tm 或 Yb，或及其组合，其中m的数值为0-2，η的数值为0-2，所述SrmBanSixOy:RE材料中m和η的和为0-2，所述的SrmBanSixOy:RE材料中的χ的数值为0_3，y的数值为0_7 ；
[0028]步骤2 -M Er2O3 ；
[0029]步骤3:将SrmBanSixOy:RE和Er2O3分别压制成靶材；
[0030]步骤4:采用溅射的方法，同时溅射两种靶材；
[0031] 步骤5:靶材上溅射出的粒子，在基片上沉积，形成SrmBanSixOy =Er3+ / RE的薄膜，完成制备，所述的SrmBanSixOy:Er3+ / RE薄膜中Er的原子百分数为0.0Olat.%至1(^1:.%,RE 的总原子百分数为 0.0Olat.%至 IOat.Xjy^iSrniBanSixOy =Er3+ / RE 材料中 Er 和 RE 的摩尔比为 0.01 至 100，所述 SrniBanSixOy =Er3+ / RE 薄膜中的 RE 为 Ce、Pr、Eu、Tb、Tm 或 Yb，或及其组合，其中m的数值为0-2，η的数值为0-2，所述SrmBanSixOy =Er3+ / RE材料中m和η的和为0-2，所述的SrmBanSixOy =Er3+ / RE材料中的χ的数值为0_3，y的数值为0_7。
[0032]在下文中详细地讨论本发明的实施例，但是本发明不限制于这些实施例内。[0033]某些稀土离子具有宽光谱吸收、发射截面系数大以及发光量子效率高等优点，十分适合LED泵浦。比如掺在硅酸盐晶体中的Eu2+在紫外至蓝光区域都具有显著的宽谱吸收能力。此外，大量的研究实验表明，硅酸盐材料也是制备铒波导放大器的优良材料。
[0034]Er3+在紫外-可见光范围内，虽然也存在丰富的能级，只是其为窄带吸收，LED光源的泵浦效率非常低。因此，本发明通过在硅酸盐中共掺杂Er3+和RE离子，通过RE离子对LED光源的强吸收以及RE离子与Er3+之间的能量共振传递作用，提高LED泵浦Er3+效率，实现低成本的铒光放大器。
[0035]综上，本发明提供了一种含有下式表不的掺铒发光材料:SrmBanSixOy:Er3+ /RE。其中RE是激活剂，可以在材料中代替部分Sr或Ba的位置，其原子配比优选范围在
0.1at.%至5at.%之间。Er是光放大中心,其优选范围在0.05at.%至5at.%之间，Er与RE原子配比最优选在0.05至5的范围。
[0036]本发明的掺铒光放大材料的制备方法中的原材料(SrmBanSixOy =Er3+ / RE、SrmBanSixOy:RE和Er2O3)没有特别限制，可以包括例如，通过烧制金属化合物的混合物以成型的方法，烧结下式表示的化合物=SrmBanSixOy =Er3+ / RE (其中RE为Ce、Pr、Eu、Tb、Tm或Yb，或及其组合，其中m的数值为0-2，η的数值为0_2，χ的数值为0_3，y的数值为0_7)。将上述金属化合物(主要是金属氧化物，如氧化锶、氧化钡等)称重并混合，以形成预定的组合物。这些原材料可以通过常规的工业方法如球磨机，搅拌器等混合。
[0037]混合加工后，可在腔体压力在0.01Pa至lOOPa，氩气和氢气的混合气体的还原气氛(氩气和氢气比例在I至0.1之间)，温度1000度至1500度之间煅烧I至10小时，然后冷却至室温。通过上述方法得到的发光材料如果有必要可以清洗、研磨等操作。
[0038]得到的原材料若为粉末，在高温，高压，真空条件下压制成靶材，若原材料为块状固体，可通过拉丝、抛光、键合、覆盖包层等方式压制靶材，采用溅射的方式在SiO2或其它衬底上沉积，制成薄膜，以制备掺铒光放大器。
[0039]图3是通过本实施例2，制备SrmBanSixOy =Er3+ / RE薄膜的红外发光谱和红外发光对应的激发谱。由图3可以看到，通过共掺RE (为Ce、Pr、Eu、Tb、Tm或Yb，或及其组合)，Er3+在300-400nm宽光谱的激发下，均能出现在红外1.55微米波段的强发光。而未掺杂RE的材料中，不会出现如此宽的激发谱以激发Er3+在红外1.55微米波段发光。这说明本实施例通过RE和Er3+之间的相互作用，有效解决铒离子的在紫外或可见光区域宽光谱吸收弱的问题，可以实现LED泵浦的铒光放大器。
[0040]以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围有所附的权利要求书及其等效物界定。
【权利要求】
1.一种适用LED光源泵浦的掺铒光放大器材料的制备方法，包括如下步骤:
步骤 1-M SrmBanSixOy =Er3+ / RE ； 步骤2:将SrmBanSixOy:Er3+/RE压制成靶材； 步骤3:采用溅射的方法，溅射靶材； 步骤4:靶材上溅射出的粒子，在基片上沉积，形成SrmBanSixOy =Er3+ / RE的薄膜，完成制备。
2.一种适用LED光源泵浦的掺铒光放大器材料的制备方法，包括如下步骤:
步骤 1-M SrmBanSixOy:RE ；
步骤 2 -M Er2O3 ； 步骤3:将SrmBanSixOy:RE:RE和Er2O3分别压制成靶材； 步骤4:采用溅射的方法，同时溅射两种靶材； 步骤5:靶材上溅射出的粒子，在基片上沉积，形成SrmBanSixOy =Er3+ / RE的薄膜，完成制备。
3.根据权利要求1或2所述的适用LED光源泵浦的掺铒光放大器材料的制备方法，其中所述的SrniBanSixOy =Er3+ / RE中，Er的原子百分数为0.0Olat.%至IOat.%, RE的总原子百分数为 0.0Olat.%M IOat.
4.根据权利要求3所述的适用LED光源泵浦的掺铒光放大器材料的制备方法，其中所述 Sr111BanSixOy =Er3+ / RE 中，Er 和 RE 的摩尔比为 0.01 至 100。
5.根据权利要求4所述的适用LED光源泵浦的掺铒光放大器材料的制备方法，其中所述 SrniBanSixOy:Er3+ / RE，RE 为 Ce、Pr、Eu、Tb、Tm 或 Yb，或及其组合，其中 m 的数值为 0_2，η的数值为0-2。
6.根据权利要求5所述的适用LED光源泵浦的掺铒光放大器材料的制备方法，其中所述 Sr111BanSixOy =Er3+ / RE 中，m 和 η 的和为 0-2。
7.根据权利要求6所述的适用LED光源泵浦的掺铒光放大器材料的制备方法，其中所述的SrmBanSixOy =Er3+ / RE中，χ的数值为0-3，y的数值为0-7。
8.根据权利要求2所述的适用LED光源泵浦的掺铒光放大器材料的制备方法，其中所述的 Sr111BanSixOy:RE, RE 的总原子百分数为 0.0Olat.%至 IOat.%，RE 为 Ce、Pr、Eu、Tb、Tm或Yb，或及其组合，m的数值为0-2，η的数值为0_2，m和η的和为0_2，χ的数值为0_3，y的数值为0-7。
【文档编号】C23C14/34GK103834916SQ201410054285
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2014年2月18日 优先权日:2014年2月18日
【发明者】郑军, 成步文, 王启明 申请人:中国科学院半导体研究所