高掺铒硅基氧化钽脊形光波导

陈朝夕; 温浩康; 于浩; 李彬; 胡军; 郭天娥; 马小玲; 华平壤

doi:10.3788/IRLA201746.0821002

高掺铒硅基氧化钽脊形光波导

doi: 10.3788/IRLA201746.0821002

1.
天津大学精密仪器与光电子工程学院,天津 300072;
2.
天津科技大学应用文理学院,天津 300457

详细信息

作者简介:
陈朝夕(1992-),男,硕士生,主要从事集成光电子学方面的研究。Email:ZXChen@tju.edu.cn

中图分类号: TN252

Silicon-based tantalum pentoxide ridge waveguide with high erbium concentration

1.
School of Precision Instruments and Opto-electronics Engineering,Tianjin University,Tianjin 300072,China;
2.
Applied Liberal Arts College,Tianjin University of Science & Technology,Tianjin 300457,China

摘要: 首次提出了采用Er-Ta共溅、高温退火的方法，在硅基二氧化硅表面制备高掺铒氧化钽（Er：Ta2O5）薄膜。利用棱镜耦合仪分析了铒掺杂浓度对Er：Ta2O5薄膜的折射率的影响，结果表明：Er：Ta2O5薄膜的折射率随着Er掺杂浓度的增加而略微降低，且所制备的薄膜没有明显的各向异性。在此基础上，成功制备出Er掺杂浓度分别为0、2.5、5、7.5 mol%的硅基Er：Ta2O5脊形波导，波导在1 550 nm波段可实现单模传输，通过截断法得到波导在1 600 nm波长处的传输损耗分别为0.6、1.1、2.5、5.0 dB/cm。在所制备的Er：Ta2O5薄膜中，尽管没有发现Er2O3结晶析出，但薄膜中的Er3+会影响Ta2O5晶体的结晶程度，进而增加波导的传输损耗。最终文中制备的掺杂浓度为2.5 mol%的硅基Er：Ta2O5脊形波导通过980 nm激光泵浦，在1 531 nm信号波长下达到了3.1 dB/cm的净增益。
- 集成光学 /
- 铒掺杂 /
- 氧化钽薄膜 /
- 脊形波导
Abstract: High Erbium-doped tantalum pentoxide (Er:Ta2O5) films with different Er-doping concentrations was fabricated on silica-on-silicon substrate. The fabricating method of Er-Ta co-sputtering and following thermal oxidation was first proposed. The influence of high Er-doping concentration on refractive index of Er:Ta2O5 films was evaluated by prism coupler. The results indicate that the refractive index of Er:Ta2O5 films decreases slightly while Er-doping concentration increases and the films do not show anisotropy obviously. On this basis,0, 2.5, 5, 7.5 mol% Er-doped Ta2O5 ridge waveguides were successfully fabricated on Si substrate. The waveguides were observed to be single-mode at 1 550 nm wavelength. Propagation loss of 0.6, 1.1, 2.5, 5.0 dB/cm at 1 600 nm wavelength was estimated using cut-off method, respectively. Although no crystallization of Er2O3 was found among the fabricated Er:Ta2O5 films, Er3+ could affect the crystallinity of Ta2O5 and then increase the propagation loss of the waveguide. Finally net optical gain of 3.1 dB/cm at 1 531 nm was demonstrated in a 2.5 mol% Er:Ta2O5 ridge waveguide when pumped with 980 nm laser.
- integrated optics /
- Erbium-doping /
- tantalum pentoxide film /
- ridge waveguide

[1]	He Q, Ming M, Wei C, et al. Mesoporous carbon@silicon-silica nanotheranostics for synchronous delivery of insoluble drugs and luminescence imaging[J]. Biomaterials, 2012, 33(33):4392-4402.
[2]	Selvaraja S K, Sleeckx E, Schaekers M, et al. Low-loss amorphous silicon-on-insulator technology for photonic integrated circuitry[J]. Optics Communications, 2009, 282(9):1767-1770.
[3]	Delheke D, Stihramanian A Z, Cardile P, et al. Silicon photonics for on-chip spectrophotometry[C]//IEEE International Conference on Group IV Photonics, 2015:191-192.
[4]	. Wang Wei, Feng Qi, Wu Wei, et al. Analysis and simulation of process and performance of silicon avalanche photodiode[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(1):140-144. (in Chinese)王巍, 冯其, 武逶, 等. 硅基APD器件的工艺及性能仿真分析[J]. 红外与激光工程, 2014, 43(1):140-144.
[5]	Cava R F, Peck W F, Krajewski J J. Enhancement of the dielectric constant of Ta2O5 through substitution with TiO2[J]. Nature, 1995, 377(6546):215-217.
[6]	Zhang Qian, Jiao Hongfei, Cheng Xinbin, et al. Analysis of optical and damage properties for several ultraviolet thin film materials[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(4):1230-1234. (in Chinese)张乾, 焦宏飞, 程鑫彬,等. 几种紫外薄膜材料的光学及损伤特性分析[J]. 红外与激光工程, 2014, 43(4):1230-1234.
[7]	Donkov N, Mateev E, Safonov V, et al. Comparative analysis of electrophysical properties of ceramic tantalu pentoxide coatings, deposited by electron beam evaporation and magnetron sputtering methods[J]. Journal of Physics, 2004, 558:012036.
[8]	Rabiei P, Ma J, Khan S, et al. Heterogeneous lithium niobate photonics on silicon substrates.[J]. Optics Express, 2013, 21(21):25573-25581.
[9]	Rabiei P, Ma J, Khan S, et al. Submicron optical waveguides and microring resonators fabricated by selective oxidation of tantalum.[J]. Optics Express, 2013, 21(6):6967-6972.
[10]	Tan Na. Influence of phase structure on photoluminescence spectrum of Er/Yb co-doped TiO2 films[J]. Chinese Journal of Vacuum Science and Technology, 2013, 33(3):249-252. (in Chinese)谭娜. 晶体结构对Er/Yb共掺TiO2薄膜荧光光谱的影响[J]. 真空科学与技术学报, 2013, 33(3):249-252.
[11]	Pan Ruikun, Zhang Tianjin, Yan Xiaohei, et al. Advances in research on the materials of optical waveguide amplifier[J]. Materials Review, 2005, 19(11):28-30. (in Chinese)潘瑞琨, 章天金, 严小黑, 等. 光波导放大器用材料的研究进展[J]. 材料导报, 2005, 19(11):28-30.
[12]	Subramanian A Z, Murugan G S, Zervas M N, et al. Spectroscopy, modeling, and performance of Erbium-doped Ta2O5, waveguide amplifiers[J]. Journal of Lightwave Technology, 2012, 30(10):1455-1462.

[1]	文轩, 王根成, 高欣, 冯展祖, 安恒, 银鸿, 王俊, 折胜飞, 侯超奇, 杨生胜. Ce掺杂对空间激光通信掺铒光纤的耐辐照影响研究 . 红外与激光工程, 2023, 52(3): 20220871-1-20220871-11. doi: 10.3788/IRLA20220871
[2]	李文璐, 裴丽, 白冰, 左晓燕, 王建帅, 郑晶晶, 李晶, 宁提纲. 集成光子储备池的可调谐光滤波器 . 红外与激光工程, 2023, 52(9): 20220915-1-20220915-11. doi: 10.3788/IRLA20220915
[3]	丁国建, 王晓晖, 冯琦, 于萍, 贾海强, 陈弘, 汪洋. 高效铌酸锂薄膜波导模斑转换器设计 . 红外与激光工程, 2023, 52(9): 20220897-1-20220897-9. doi: 10.3788/IRLA20220897
[4]	刘鹏飞, 任麟昊, 闻浩, 施雷, 张新亮. 集成电光频率梳研究进展（特邀） . 红外与激光工程, 2022, 51(5): 20220381-1-20220381-18. doi: 10.3788/IRLA20220381
[5]	王希, 刘英杰, 张子萌, 王嘉宁, 姚勇, 宋清海, 徐科. 2 μm波段片上光子集成器件的研究进展（特邀） . 红外与激光工程, 2022, 51(3): 20220087-1-20220087-12. doi: 10.3788/IRLA20220087
[6]	陈沁, 南向红, 梁文跃, 郑麒麟, 孙志伟, 文龙. 片上集成光学传感检测技术的研究进展（特邀） . 红外与激光工程, 2022, 51(1): 20210671-1-20210671-18. doi: 10.3788/IRLA20210671
[7]	罗强, 薄方, 孔勇发, 张国权, 许京军. 铌酸锂薄膜微腔激光器研究进展（特邀） . 红外与激光工程, 2021, 50(11): 20210546-1-20210546-13. doi: 10.3788/IRLA20210546
[8]	吕桓林, 梁宇鑫, 韩秀友, 谷一英, 武震林, 赵明山. 基于狭缝波导的聚合物基微环折射率传感器研究 . 红外与激光工程, 2020, 49(1): 0118001-0118001(6). doi: 10.3788/IRLA202049.0118001
[9]	高翔, 刘晓庆, 戴子杰, 李帅, 刘伟伟. 基于波导结构的集成式太赫兹共焦成像系统 . 红外与激光工程, 2019, 48(S2): 98-102. doi: 10.3788/IRLA201948.S219001
[10]	刘鑫, 孔梅, 徐亚萌, 王雪萍. 微环谐振器中各参数对光速控制输出脉冲畸变的影响仿真分析 . 红外与激光工程, 2019, 48(9): 918002-0918002(6). doi: 10.3788/IRLA201948.0918002
[11]	丁君珂, 陈浩, 蒋建光, 孟浩然, 刘欣悦, 郝寅雷. 集成光学移相器波长相关性的比较研究 . 红外与激光工程, 2019, 48(5): 520001-0520001(5). doi: 10.3788/IRLA201948.0520001
[12]	郝寅雷, 丁君珂, 陈浩, 蒋建光, 孟浩然, 刘欣悦. 集成光学移相干涉仪的研制与性能表征 . 红外与激光工程, 2019, 48(4): 420001-0420001(5). doi: 10.3788/IRLA201948.0420001
[13]	王利栓, 杨霄, 刘丹丹, 姜承慧, 刘华松, 季一勤, 张锋, 樊荣伟, 陈德应. 离子束溅射氧化钽薄膜光学特性的热处理效应 . 红外与激光工程, 2018, 47(3): 321004-0321004(7). doi: 10.3788/IRLA201847.0321004
[14]	管磊, 王卓然, 袁国慧, 陈昱任, 董礼, 彭真明. 微环差分光子生物传感器的传感性能 . 红外与激光工程, 2018, 47(2): 222002-0222002(6). doi: 10.3788/IRLA201847.0222002
[15]	谭巧, 徐启峰, 黄奕钒, 项宇锴. 一种基于径向偏振解调的线性光学电流传感器 . 红外与激光工程, 2018, 47(2): 222003-0222003(6). doi: 10.3788/IRLA201847.0222003
[16]	杨旭, 李亚明, 郭肃丽, 李晶, 刘旭东. 拉曼增益对回音壁模式光学微腔的全光调制 . 红外与激光工程, 2017, 46(11): 1122003-1122003(5). doi: 10.3788/IRLA201746.1122003
[17]	陈明, 赵永乐, 牛奔, 宋华. 基于铌酸锂光子线波长分裂器的研究 . 红外与激光工程, 2016, 45(6): 620003-0620003(4). doi: 10.3788/IRLA201645.0620003
[18]	闫树斌, 马可贞, 李明慧, 郭泽彬, 骆亮, 张安富, 王任鑫, 薛晨阳. 面向陀螺应用的硅基大尺寸楔角型谐振腔 . 红外与激光工程, 2015, 44(2): 747-751.
[19]	李晋桃, 衡成林, 张红艳, 殷鹏刚. (Ce，Yb）共掺杂氧化硅薄膜的发光特性及结构 . 红外与激光工程, 2014, 43(2): 595-599.
[20]	杨登才, 杨作运, 王大勇. 阵列集成光波导应用于光学相控阵中的理论分析 . 红外与激光工程, 2013, 42(8): 1997-2002.

点击查看大图

计量

文章访问数: 645
HTML全文浏览量: 159
PDF下载量: 67
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

留言板

高掺铒硅基氧化钽脊形光波导

doi: 10.3788/IRLA201746.0821002

作者简介:
陈朝夕(1992-),男,硕士生,主要从事集成光电子学方面的研究。Email:ZXChen@tju.edu.cn

Silicon-based tantalum pentoxide ridge waveguide with high erbium concentration

计量

高掺铒硅基氧化钽脊形光波导

doi: 10.3788/IRLA201746.0821002

1. 天津大学精密仪器与光电子工程学院,天津 300072;

2. 天津科技大学应用文理学院,天津 300457

作者简介:
陈朝夕(1992-),男,硕士生,主要从事集成光电子学方面的研究。Email:ZXChen@tju.edu.cn

English Abstract

Silicon-based tantalum pentoxide ridge waveguide with high erbium concentration

1. School of Precision Instruments and Opto-electronics Engineering,Tianjin University,Tianjin 300072,China;

2. Applied Liberal Arts College,Tianjin University of Science & Technology,Tianjin 300457,China

全文HTML

目录

留言板

高掺铒硅基氧化钽脊形光波导

doi: 10.3788/IRLA201746.0821002

作者简介: 陈朝夕(1992-),男,硕士生,主要从事集成光电子学方面的研究。Email:ZXChen@tju.edu.cn

Silicon-based tantalum pentoxide ridge waveguide with high erbium concentration

计量

出版历程

高掺铒硅基氧化钽脊形光波导

doi: 10.3788/IRLA201746.0821002

1. 天津大学 精密仪器与光电子工程学院,天津 300072; 2. 天津科技大学 应用文理学院,天津 300457

作者简介: 陈朝夕(1992-),男,硕士生,主要从事集成光电子学方面的研究。Email:ZXChen@tju.edu.cn

English Abstract

Silicon-based tantalum pentoxide ridge waveguide with high erbium concentration

1. School of Precision Instruments and Opto-electronics Engineering,Tianjin University,Tianjin 300072,China; 2. Applied Liberal Arts College,Tianjin University of Science & Technology,Tianjin 300457,China

全文HTML

目录

作者简介:
陈朝夕(1992-),男,硕士生,主要从事集成光电子学方面的研究。Email:ZXChen@tju.edu.cn

1. 天津大学精密仪器与光电子工程学院,天津 300072;

2. 天津科技大学应用文理学院,天津 300457

作者简介:
陈朝夕(1992-),男,硕士生,主要从事集成光电子学方面的研究。Email:ZXChen@tju.edu.cn

1. School of Precision Instruments and Opto-electronics Engineering,Tianjin University,Tianjin 300072,China;

2. Applied Liberal Arts College,Tianjin University of Science & Technology,Tianjin 300457,China