一種鉺摻雜釔鋁石榴石晶體鑲套光波導(dǎo)放大器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鉺摻雜釔鋁石榴石晶體鑲套光波導(dǎo)放大器及其制備方法，屬于光電子器件制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]光波導(dǎo)是指將光波束縛在一定區(qū)域內(nèi)傳播。光波導(dǎo)放大器的信號(hào)放大作用是利用光波導(dǎo)摻入的稀土離子在抽運(yùn)光作用下的受激輻射實(shí)現(xiàn)的。鉺離子摻雜釔鋁石榴石晶體(Nd-doped yttrium aluminum garnet，或簡寫為Nd: YAG晶體)是一種優(yōu)良的激光增益介質(zhì)。具有光學(xué)性質(zhì)好、損傷閾值高、耐熱沖擊性能好等特點(diǎn)。與鉺離子摻雜光纖相比，Nd:YAG晶體具有更高的增益性質(zhì)、穩(wěn)定更好。EriYAG晶體可以實(shí)現(xiàn)波長為1645納米左右的光信號(hào)增益。因?yàn)椴ㄩL為1645納米左右的激光是大氣窗口和人眼的安全波段，對(duì)光通信領(lǐng)域、相干雷達(dá)是非常重要，在集成光學(xué)、光通訊等方面有很大的應(yīng)用潛力。
[0003]光波導(dǎo)是集成光學(xué)的基本元件。它被定義為低折射率的介質(zhì)包圍起來的高折射率介質(zhì)區(qū)域。由于光束在高折射率和低折射率介質(zhì)邊界處，低折射率介質(zhì)一側(cè)的全內(nèi)反射，光可以被限制在高折射率介質(zhì)中傳播。鑲套波導(dǎo)是由兩個(gè)套在一起的光學(xué)結(jié)構(gòu)形成的光波導(dǎo)。橫截面直徑較大的筒狀結(jié)構(gòu)(外波導(dǎo))內(nèi)部，有一個(gè)橫截面較小的光波導(dǎo)(內(nèi)波導(dǎo))。外波導(dǎo)直徑大于或等于100微米，可以與泵浦光纖激光器實(shí)現(xiàn)較好的耦合，耦合效率可達(dá)80%以上。內(nèi)波導(dǎo)的折射率大于外波導(dǎo)折射率。在外波導(dǎo)中傳播的光，在經(jīng)過若干次反射后，將最終被內(nèi)波導(dǎo)限制，形成激光輸出。與傳統(tǒng)的波導(dǎo)激光器相比，鑲套波導(dǎo)激光器可以更好地與泵浦光纖激光器耦合，可以采用更高能量泵浦，實(shí)現(xiàn)大功率光信號(hào)放大。并能最終把光束的能量約束在非常小的體積內(nèi)，能夠有效的提高光功率密度，從而降低激光器的閾值功率，提高斜率效率。到目前為止，還沒有在Er = YAG晶體材料上制備鑲套光波導(dǎo)激光器的報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種鉺摻雜釔鋁石榴石晶體鑲套光波導(dǎo)放大器，本發(fā)明還提供一種鉺摻雜釔鋁石榴石晶體鑲套光波導(dǎo)放大器的制備方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]一種鉺摻雜釔鋁石榴石晶體鑲套光波導(dǎo)放大器，包括鉺摻雜釔鋁石榴石晶體，所述鉺摻雜釔鋁石榴石晶體內(nèi)貫穿有兩條平行間隔的內(nèi)激光寫入蹤跡，兩條內(nèi)激光寫入蹤跡周圍設(shè)置有若干條均與內(nèi)激光寫入蹤跡相平行的外激光寫入蹤跡，所述若干外激光寫入蹤跡均勻排布在以兩條內(nèi)激光寫入蹤跡間隔中心為圓心且以R為半徑所做的圓的圓周上；兩條內(nèi)激光寫入蹤跡之間形成內(nèi)光波導(dǎo)，若干外激光寫入蹤跡與兩條內(nèi)激光寫入蹤跡之間形成外光波導(dǎo)；所述鉺摻雜釔鋁石榴石晶體垂直于內(nèi)光波導(dǎo)和外光波導(dǎo)的兩個(gè)端面分別作為光入射端面和光出射端面。
[0007]所述兩條內(nèi)內(nèi)激光寫入蹤跡之間的間隔距離為20-30微米，R的值為100微米。
[0008]所述光出射端面上鍍有光學(xué)薄膜，該光學(xué)薄膜對(duì)于波長為1617-1645nm的光透過率為99.9 %，對(duì)于波長為1470nm的光透過率低于0.01 %。
[0009]一種鉺摻雜釔鋁石榴石晶體鑲套光波導(dǎo)放大器的制備方法，包括以下步驟如下:
[0010]I)將鉺摻雜釔鋁石榴石晶體樣品的兩個(gè)橫向平面進(jìn)行拋光，并清洗拋光后的樣品表面?zhèn)溆茫?br>[0011]2)用飛秒激光透過步驟I)中晶體的任一橫向平面，沿晶體的橫向或縱向方向灼燒樣品，產(chǎn)生兩條間距為20-30微米且平行的內(nèi)激光寫入蹤跡，在兩條內(nèi)激光寫入蹤跡之間形成內(nèi)光波導(dǎo)；
[0012]3)繼續(xù)采用飛秒激光在步驟2)中的兩條內(nèi)激光寫入蹤跡周圍寫入多條外激光寫入蹤跡，并且多條外激光寫入蹤跡均勻排布在以步驟2)中的兩條內(nèi)激光寫入蹤跡間隔中心為圓心且以100微米為半徑所做的圓的圓周上，多條外激光寫入蹤跡與兩條內(nèi)激光寫入蹤跡之間形成外光波導(dǎo)；
[0013]4)將晶體垂直于內(nèi)光波導(dǎo)和外光波導(dǎo)方向的兩個(gè)端面拋光清洗，分別作為光入射端面和光出射端面；
[0014]5)在步驟4)中的光出射端面上鍍光學(xué)薄膜，該光學(xué)薄膜對(duì)于波長為1617-1645nm的光透過率為99.9%，對(duì)于波長為1470nm的光透過率低于0.01% ;
[0015]6)通過光入射端面，使用入射光纖，將波長為1617nm-1645的信號(hào)光與波長為1470nm的泵浦光同時(shí)親合到光波導(dǎo)內(nèi)，透過光出射端面，將波長為1617nm_1645的信號(hào)光耦合到出射光纖內(nèi)。
[0016]在步驟2)、3)中采用的飛秒激光的脈沖重復(fù)頻率為200-250千赫茲，能量為2?17微焦/脈沖，寫入速度為0.2?15毫米/秒的飛秒激光，波長為1047納米，脈沖寬度為350飛秒。
[0017]本發(fā)明利用鉺摻雜YAG光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)作為增益介質(zhì)，使用泵浦光對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行泵浦，實(shí)現(xiàn)對(duì)特定波段光信號(hào)(?1470nm)的放大，在信息通訊領(lǐng)用具有重要應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明鑲套光波導(dǎo)放大器制備方法的工藝流程圖；
[0019]圖2為制備鉺摻雜釔鋁石榴石晶體鑲套光波導(dǎo)放大器過程中ab面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3為制備鉺摻雜釔鋁石榴石晶體鑲套光波導(dǎo)放大器過程中ac面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖4為鉺摻雜釔鋁石榴石晶體鑲套光波導(dǎo)放大器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖中:1.飛秒激光，2.激光寫入蹤跡，3.內(nèi)光波導(dǎo)，4.外光波導(dǎo)，5.鉺摻雜釔鋁石榴石晶體，6.出射光纖，7.光學(xué)薄膜，8.入射光纖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]實(shí)施例1
[0024]一種鉺摻雜釔鋁石榴石晶體鑲套光波導(dǎo)放大器，結(jié)構(gòu)如圖2-3所示，包括鉺摻雜釔鋁石榴石晶體5，鉺摻雜釔鋁石榴石晶體5內(nèi)貫穿有兩條平行間隔的內(nèi)激光寫入蹤跡，兩條內(nèi)激光寫入蹤跡周圍設(shè)置有若干條均與內(nèi)激光寫入蹤跡相平行的外激光寫入蹤跡，所述若干外激光寫入蹤跡均勻排布在以兩條內(nèi)激光寫入蹤跡間隔中心為圓心且以R為半徑所做的圓的圓周上；兩條內(nèi)激光寫入蹤跡之間形成內(nèi)光波導(dǎo)3，若干外激光寫入蹤跡與兩條內(nèi)激光寫入蹤跡之間形成外光波導(dǎo)4 ;所述鉺摻雜釔鋁石榴石晶體垂直于內(nèi)光波導(dǎo)和外光波導(dǎo)的兩個(gè)端面分別作為光入射端面和光出射端面。
[0025]所述兩條內(nèi)內(nèi)激光寫入蹤跡之間的間隔距離為20微米，R的值為100微米。光出射端面上鍍有光學(xué)薄膜，該光學(xué)薄膜對(duì)于波長為1645nm的光透過率為99.9%，對(duì)于波長為1470nm的光透過率低于0.0