[發明專利]利用稀土納米粒子與單體共聚制備聚合物光波導放大器增益介質的方法

有效

• 申請號: 201510053390.3
• 申請日: 2015-02-02
• 公開（公告）號: CN104656189B
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發明（設計）人: 趙丹;秦偉平;王菲;秦冠仕
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G02B6/134
• 分類號: G02B6/134;G02B6/138;G02B6/13
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 張景林;王恩遠

一種利用稀土納米粒子與單體共聚制備聚合物光波導放大器增益介質的方法，屬于聚合物光波導器件制備技術領域。具體包括制備摻雜敏化劑離子和發光中心離子的稀土納米粒子，發光中心離子可發射信號光波長的光，以實現信號光增益；通過化學方法在稀土納米粒子表面修飾聚合活性基團，得到可與聚合物單體共聚合的納米粒子；將帶有聚合活性基團的稀土納米粒子與聚合物單體共聚，通過共價鍵將納米粒子鏈接在聚合物分子鏈上，制備得到復合聚合物；以復合聚合物為增益介質制備光波導放大器等步驟。利用本方法制備的復合聚合物增益介質制作光波導放大器，其穩定性、光學性質大幅提高；可以實現制備高穩定性的聚合物光波導放大器。

技術領域

本發明屬于聚合物光波導器件制備技術領域，具體涉及稀土納米粒子在聚合物中穩定、高濃度摻雜技術，以及稀土納米粒子與單體共聚物穩定成膜技術。本技術可改善聚合物光波導放大器增益介質中發光中心離子在聚合物基質中的分散性，改善光波導放大器的光放大性質。本發明可實現制備高穩定性的聚合物光波導放大器。

背景技術

光放大器是新一代光纖通信系統中必不可少的關鍵器件。光放大器解決了光信號衰減對光網絡傳輸速率與距離的限制，大大促進了全光網絡的發展。鑭系元素等無機材料摻雜的光波導放大器是新型有源光放大器，可以和其它光波導器件如：波分復用器、分束器、調制器、光開關、隔離器、陣列波導光柵等平面集成，制成多種光通信集成有源器件，可以有效地補償這些器件在光傳輸過程中的損耗，為光電子器件的小型化、集成化提供了可行性方案。

目前針對光通信波段的光放大，一般是通過泵浦摻雜在光波導基質材料中的稀土離子，發射對應波段的光，實現損耗補償。由于無機稀土離子易于摻雜在無機介質中，因此人們首先利用摻雜稀土元素的無機材料制備光波導放大器。但是無機材料不易加工，制備過程復雜，工藝周期長，制備成本高。最為重要的是無機材料較難與硅基基質材料兼容，在平面光子集成應用方面仍然存在較大的困難。為了解決這一問題，人們利用有機聚合物材料(如：聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，環氧樹脂(SU-8)等)制備了聚合物光波導放大器。但是目前制備的有機聚合物光波導放大器很難獲得較大的增益，其中一個關鍵性問題就在于聚合物增益介質中稀土元素摻雜濃度低、易于團聚。

近年來，研究人員將稀土納米粒子摻雜在聚合物基質中，在1.5μm處獲得了較大的增益。但是僅通過物理手段進行納米粒子摻雜，在聚合物中難以實現稀土納米粒子均勻、穩定地摻雜，常常出現納米粒子聚集、析出等現象，摻雜濃度低，制備的光波導器件的光學性質差，長期穩定性難以達到實用要求，不能重復測量和使用。

本發明提出通過在稀土納米粒子表面修飾具有聚合活性的基團，再將其與聚合物單體共聚，可實現稀土納米粒子在聚合物基質中均勻、穩定、高濃度摻雜，不僅改善了聚合物光波導放大器的光放大性質，而且可實現高穩定性聚合物光波導放大器的制備。

發明內容

本發明涉及稀土納米粒子在光波導聚合物基質中的摻雜技術，利用共價鍵將稀土納米粒子鏈接在有機聚合物的基質中，實現穩定、均勻、高濃度地摻雜。本發明所述的利用稀土納米粒子與單體共聚制備聚合物光波導放大器增益介質的方法，其步驟如下：

(a)制備摻雜敏化劑離子和發光中心離子的稀土納米粒子，發光中心離子可發射信號光波長的光，以實現信號光增益；

(b)通過化學方法在稀土納米粒子表面修飾聚合活性基團，得到可與聚合物單體共聚合的納米粒子；

(c)將帶有聚合活性基團的稀土納米粒子與聚合物單體共聚，通過共價鍵將納米粒子鏈接在聚合物分子鏈上，制備得到復合聚合物；

(d)以復合聚合物為增益介質制備光波導放大器，通過控制敏化劑離子和發光中心離子的摻雜濃度和復合聚合物的聚合度，改變增益介質的折射率、成膜性、機械性或穩定性。

本發明的目的具體是通過如下技術方案實現的：

1、制備粒徑3nm～100nm的摻雜敏化劑和發光中心離子的稀土納米粒子