一种亚波长近红外通信光放大器的制造方法
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 化学式为(YVEr)2Si2O7的单晶纳米线。这种材料具有较高的稀土离子的浓度，原子百分比可达18at.%，无论是上转换发光还是1.54 μ m处的发光，均表现出强烈的发射特性，尤其是可以作为通讯波段1.54μπι的纳米光放大器。本发明通过合理的选材以及严格的参数控制成功制备出了直径为500?800nm、长度为10?80 μ m的(YVEr)2Si2O7，这为制备出微纳米量级尺寸的放大器提供了先决条件，利用本发明所制备放大器，处理1.54 μ m波段的信号光能获得较高的增益。
【附图说明】
:
[0036]附图1 (a)为实施例1所制备的亚波长近红外通信光放大器示意图；
[0037]附图1 (b)为附图1 (a)虚线区域的放大图；
[0038]附图2 Ca)为实施例1所制备亚波长近红外通信光放大器工作时，把1.54 μ m信号光和980nm泵浦光耦合后输入纳米线时，所对应的可见CCD照片；
[0039]附图2 (b)为实施例1所制备亚波长近红外通信光放大器工作时，把1.54μπι信号光和980nm泵浦光耦合后输入纳米线时，所对应的红外CCD照片；
[0040]附图3为泵浦功率为10mwa时，纳米线的增益谱，其中(a)、(b)、(c)谱线分别表示只输入泵浦光、只输入信号光、泵浦光和信号光同时输入时，纳米线末端收集到的信号；
[0041]附图4为实施例1所制备的(YVEr)2Si2O7单晶纳米线的SEM图片；
[0042]附图5 Ca)为实施例1所制备的(Yb/Er)2Si207单晶纳米线的SEM图片；
[0043]附图5 (b)为实施例1所制备的单根(YVEr)2Si2O7单晶纳米线的EDS能谱图；
[0044]附图6为实施例1所制备的(YVEr)2Si2O7单晶纳米线的XRD谱图；
[0045]附图7 Ca)为980nm波长的近红外激发实施例1所制备的单根(Yb/Er)2Si207单晶纳米线时的红外发光照片；
[0046]附图7 (b)为980nm波长的近红外激发实施例1所制备的单根(Yb/Er)2Si207单晶纳米线时纳米线上转换发光的照片；
[0047]附图7 (C)为附图7 (a)、附图7 (b)对应的光谱图；
[0048]附图8为本发明制备(Yb/Er)2Si207单晶纳米线所有设备不意图；
[0049]附图9为本发明所用拉锥光纤探针的示意图；
[0050]附图1 (a)为实施例1所制备的亚波长近红外通信光放大器示意图；附图1 (b)为附图1 (a)虚线区域的放大图；附图1 (b)中01为输入光纤的光针部分(探测区)，02为(YVEr)2Si2O7单晶纳米线，03为拉锥光纤探针输入光纤的光针部分(探测区);从附图1 (b)可以看出输入光纤(拉锥光纤探针)、输出光纤(拉锥光纤探针)、稀土硅酸盐纳米线的连接方式；从图1可以看出: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；测试时，通过可见光相机I和红外光相机2实现对稀土硅酸盐纳米线内信号光与泵浦光耦合情况的实时监控。
[0051]从图2可以看出通过拉锥光纤探针能很好的把信号光和泵浦光耦合进了纳米线。
[0052]附图3为泵浦功率为10mwa时，纳米线的增益谱(其中(a)、(b)、(c)谱线分别表示只输入泵浦光、只输入信号光、泵浦光和信号光同时输入时，纳米线末端收集到的信号);利用公式G=101og{ (Is+p-1p)/IJ即可算得相对增益为5.43dB。目前在泵浦光所能达到的最大泵浦功率155mwa的条件下，我们得到了 6.37dB的相对增益。
[0053]从图4中可看出纳米线直径为500?800nm，长度为10?80 μ m，尺寸均匀，纳米线表面较光滑。
[0054]从图5 Ca)中可以看出所制备纳米线的线型较好，从图5 (b)中可以看出单根纳米线中含有S1、O、Er、Yb四种元素且单根纳米线表面光滑，线型良好。
[0055]从图6分析得出，所制备的纳米线的化学式为(Yb/Er)2Si207。
[0056]附图7 (a)为980nm波长的近红外激发实施例1所制备的单根(Yb/Er) 2Si207纳米线时在1.54 μ m处的发光照片(即红外C⑶所成的像)；附图7(b)为980nm波长的近红外激发实施例1所制备的单根(YVEr)2Si2O7纳米线时的上转换发光照片(即可见CCD所成的像)；附图7(c)中左边的光谱为近红外1.54 μ m处的发光光谱，右边的光谱为稀土上转换的发光光谱，通过附图7 (c)可以看出纳米线在525nm、545nm、650nm、1.54 μ m处的均具有较佳的发射强度。
[0057]图9中，I为拉锥光纤探针的光导部分(传导区)，2为拉锥光纤探针的连接部分(锥形区)，01为拉锥光纤探针的光针部分(探测区)；从图9可以看出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；在实际应用过程中，光针部分的长度范围一般为10-30 μ m,连接部分的长度范围一般为20-80 μ m ;光针部分的平均直径与所用稀土硅酸盐纳米线的直径相当。
【具体实施方式】
[0058]实施例和对比例中所用管式炉的型号为Sk_G05123K ；
[0059]现结合附图对本发明作进一步描述:
[0060]实施例1
[0061]如图1所示，将波分复用器的输入端分别与泵浦光源和信号光源相连，将波分复用器的输出端与输入光纤的光导部分相连，将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，将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，将输出光纤的光导部分与Horiba-JY光纤谱仪相连；得到亚波长近红外通信光放大器；
[0062]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.-^4 ，
[0063]所述稀土硅酸盐单晶纳米线的直径为600nm、长度为60 μ m。
[0064]输入光纤或输出光纤的光针部分的平均直径与单根稀土硅酸盐单晶纳米线的直径相当。
[0065]所述泵浦光源的波长为980nm。
[0066]所述信号光源的波长为1465nm?1575nm。
[0067]所述波分复用器为1540/980nm波分复用器。
[0068]通过下述操作可以利用上述亚波长近红外通信光放大器，测出信号光的增益效果，
[0069]具体测量过程为:首先在无980nm泵浦光的条件下只输入1.54 μ m信号光，在光谱仪上可以检测到输出1.54 μ m信号光的强度Is ;关闭1.54 μ m光源，只输入980nm泵浦光(此时泵浦功率为10mwa)，这里测到的是纳米线自身的1.54 μ m光致发光光谱强度Ip，这部分在放大器的测量中是作为噪声处理的；最后将1.54 μ m信号光和980nm泵浦光(此时泵浦功率为10mwa)同时输入纳米线，此时光谱仪检测到的信号强度Is+P已经包含增益的部分。利用公式:相对增益G= 101og{(Is+P-1p)/Is}即可得到该纳米线的相对增益。附图2(a)为实施例1所制备亚波长近红外通信光放大器工作时，输入光纤、单根稀土硅酸盐单晶纳米线、输出光纤的工作示意图；附图2(b)为把1.54 μ m信号光和980nm泵浦光耦合后输入纳米线时，所对应的可见CCD照片。附图3为泵浦功率为10mwa时，纳米线的增益谱(其中(a)、(b)、(C)谱线分别表不只输入泵浦光、只输入信号光、泵浦光和信号光同时输入时，纳米线末端收集到的信号)；利用公式G= 101og{(Is+P-1p)/Is}即可算得相对增益为5.43dB。
[0070]本实施例中所述(Yb/Er)2Si207单晶纳米线是通过下述方法制备的:
[0071]取一定量Si(Alfa Aesar, 99.999%)粉放置于I号瓷舟正中央，将无水YbCl3 (AlfaAesar, 99.99%)颗粒和无水ErCl3 (Alfa Aesar, 99.9%)颗粒按质量比1:1 混合后放置于2号瓷舟正中央，镀有Au膜的Si衬底立于YbCl3和ErCl3颗粒之后；然后把I号瓷舟放置于管式炉正中间，2号瓷舟放置于管式炉下游温区距离I号瓷舟约15cm处；用机械泵将系统内真空度抽至400mT，然后以50sccm的流速通入Ar_5v%02的混合气作为保护气，将炉温升至1200°C (即I号磁舟的加热温度为1200°C、2号磁舟的温度为700°C、衬底上的沉积温度为650°C)，在此温度下恒温此，自然冷却后即可得到化学式为(YVEr)2Si2O7的单晶纳米线，其X射线谱图请参照图6。
[0072]所得纳米线的整体形貌如图4的SEM表征所示；从图中可看出纳米线直径为500?700nm，长度为10?70 μ m，尺寸比较均匀，纳米线表面较光滑。图5是单根(Yb/Er) 2Si207纳米线的SEM图片及其EDS能谱。图7是980nm波长的近红外光激发单根纳米线时，Ca)是红外CXD所成的像；(b)是可见CXD所成的像；(c)是光谱仪上监测到的光谱，说明纳米线在525nm、545nm、650nm、l.54 μ m处的均具有较佳的发射强度。
[0073]从上述所得(Yb/Er) 2Si207单晶纳米线分散到干净的S12片上，在显微镜下找到一根表面光滑，线径均匀的纳米线，用于制作放大器。
[0074]实施例2
[0075]按照实施例1所述条件制备亚波长近红外通信光放大器并检测所制备放大器的增益效果，检测时其他条件均匀实施例1相同，仅仅将泵浦功率调至155mwa，利用公式G=101og{ (Is+P-1p)/Is}即可算得相对增益为 6.37dB。
[0076]本实施例所述(Yb/Er)2Si207单晶纳米线是通过下述方法制备的:
[0077]其他条件与实施例1中制备(YVEr)2Si2O7单晶纳米线的条件相同，仅仅将原料Si粉换成S12粉，载气换成Ar-5v%H2混合气，制得直径为550?750nm，长度为20?60 μ m、表面较光滑的(YVEr)2Si2O7单晶纳米线；从上述所得(YVEr)2Si2O7单晶纳米线分散到干净的S12片上，在显微镜下找到一根表面光滑，线径均匀的纳米线，用于制作放大器。
[0078]实施例3
[0079]按照实施例1所述条件制备亚波长近红外通信光放大器并检测所制备放大器的增益效果，检测时其他条件均匀实施例1相同，检测后得知，放大器具有良好的增益效果。
[0080]本实施例所述(Yb/Er)2Si207单晶纳米线是通过下述方法制备的:
[0081]其他条件与实施例中I制备(YVEr)2Si2O7单晶纳米线的条件相同，仅仅将反应时间延长到3小时，得到直径为550?800nm、长度为30?80μπκ尺寸比较均匀的(Yb/E12Si2O7的单晶纳米线。从上述所得(YVEr)2Si2O7单晶纳米线分散到干净的S12片上，在显微镜下找到一根表面光滑，线径均匀的纳米线，用于制作放大器。
[0082]对比例I
[0083]将反应时间缩短到I小时，其他条件与实施例1中制备(YVEr)2Si2O7单晶纳米线的条件完全相同，衬底上几乎得不到(YVEr)2Si2O7的单晶纳米线。
[0084]对比例2
[0085]将I号磁舟的加热温度控制在为1000°C，将反应时间设定为3小时，其他条件与实施例1中制备(YVEr)2Si2O7单晶纳米线的条件完全相同，衬底上几乎没有(YVEr)2Si2O7的单晶纳米线。
【主权项】
1.一种亚波长近红外通信光放大器，所述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；其特征在于: 所述稀土硅酸盐单晶纳米线一端与输入光纤的光针相连，另一端与输出光纤的光针相连； 所述稀土硅酸盐单晶纳米线是化学式为(Yb/Er)2Si207的稀土硅酸盐单晶纳米线。2.根据权利要求1所述的一种亚波长近红外通信光放大器，其特征在于: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。3.根据权利要求1所述的一种亚波长近红外通信光放大器，其特征在于:输入光纤的光针或输出光纤的光针的直径与单根稀土硅酸盐单晶纳米线的直径相当。4.根据权利要求1所述的一种亚波长近红外通信光放大器，其特征在于:所述泵浦光源的波长为980nm。5.根据权利要求1所述的一种亚波长近红外通信光放大器，其特征在于:所述信号光源的波长为1465nm?1575nm。6.根据权利要求1所述的一种亚波长近红外通信光放大器，其特征在于:所述波分复用器为1540/980nm波分复用器。7.—种如权利要求1-6任意一项所述的亚波长近红外通信光放大器，其特征在于，稀土硅酸盐单晶纳米线的制备方法，包括下述步骤: 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； 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； 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，通入氧气与IS气组成的载气，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T，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(YVEr)2Si2O7、直径为500?800nm、长度为10?80 μ m的稀土硅酸盐单晶纳米线，所述氧气与氩气按体积比5-10:90-95组配；或 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； 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； 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，通入氢气与氩气组成的载气，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T，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(YVEr)2Si2O7、直径为500?800nm、长度为10?80 μ m的稀土硅酸盐单晶纳米线；所述氢气与IS气按体积比5-10:90-95组配。8.根据权利要求7所述的一种亚波长近红外通信光放大器，其特征在于:所述金颗粒的粒度为300-1000nm。9.根据权利要求7所述的一种亚波长近红外通信光放大器，其特征在于:所述YbCl3为纯度> 99.9%的无水YbCl3 ;所述ErCl3为纯度> 99.9%的无水ErCl3 ;所述Si粉的纯度彡99.99% ;所述S12粉的纯度彡99.99%。10.根据权利要求7所述的一种亚波长近红外通信光放大器，其特征在于:催化沉积反应时，控制沉积压力为300-500mT、载气的流速为40?80sccm。
【专利摘要】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(Yb/Er)2Si2O7单晶纳米线为增益介质的、亚波长近红外通信光放大器。本发明以一维微钠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。本发明所述稀土硅酸盐纳米线是化学式为(Yb/Er)2Si2O7、直径为500-800纳米、长度为10-80微米的稀土硅酸盐纳米线。该纳米材料的具体合成方法是以Au作为催化剂，Si粉或SiO2、无水YbCl3颗粒和无水ErCl3颗粒作为原料，采用化学气相沉积法制得。本发明所制备的稀土硅酸盐纳米线对于实现全光通讯以及光集成器件有极其重要的意义。
【IPC分类】B82Y30/00, H01S3/16
【公开号】CN104901156
【申请号】CN201410080676
【发明人】潘安练, 王晓霞, 庄秀娟
【申请人】湖南大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年3月6日
【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 化学式为(YVEr)2Si2O7的单晶纳米线。这种材料具有较高的稀土离子的浓度，原子百分比可达18at.%，无论是上转换发光还是1.54 μ m处的发光，均表现出强烈的发射特性，尤其是可以作为通讯波段1.54μπι的纳米光放大器。本发明通过合理的选材以及严格的参数控制成功制备出了直径为500?800nm、长度为10?80 μ m的(YVEr)2Si2O7，这为制备出微纳米量级尺寸的放大器提供了先决条件，利用本发明所制备放大器，处理1.54 μ m波段的信号光能获得较高的增益。
【附图说明】
:
[0036]附图1 (a)为实施例1所制备的亚波长近红外通信光放大器示意图；
[0037]附图1 (b)为附图1 (a)虚线区域的放大图；
[0038]附图2 Ca)为实施例1所制备亚波长近红外通信光放大器工作时，把1.54 μ m信号光和980nm泵浦光耦合后输入纳米线时，所对应的可见CCD照片；
[0039]附图2 (b)为实施例1所制备亚波长近红外通信光放大器工作时，把1.54μπι信号光和980nm泵浦光耦合后输入纳米线时，所对应的红外CCD照片；
[0040]附图3为泵浦功率为10mwa时，纳米线的增益谱，其中(a)、(b)、(c)谱线分别表示只输入泵浦光、只输入信号光、泵浦光和信号光同时输入时，纳米线末端收集到的信号；
[0041]附图4为实施例1所制备的(YVEr)2Si2O7单晶纳米线的SEM图片；
[0042]附图5 Ca)为实施例1所制备的(Yb/Er)2Si207单晶纳米线的SEM图片；
[0043]附图5 (b)为实施例1所制备的单根(YVEr)2Si2O7单晶纳米线的EDS能谱图；
[0044]附图6为实施例1所制备的(YVEr)2Si2O7单晶纳米线的XRD谱图；
[0045]附图7 Ca)为980nm波长的近红外激发实施例1所制备的单根(Yb/Er)2Si207单晶纳米线时的红外发光照片；
[0046]附图7 (b)为980nm波长的近红外激发实施例1所制备的单根(Yb/Er)2Si207单晶纳米线时纳米线上转换发光的照片；
[0047]附图7 (C)为附图7 (a)、附图7 (b)对应的光谱图；
[0048]附图8为本发明制备(Yb/Er)2Si207单晶纳米线所有设备不意图；
[0049]附图9为本发明所用拉锥光纤探针的示意图；
[0050]附图1 (a)为实施例1所制备的亚波长近红外通信光放大器示意图；附图1 (b)为附图1 (a)虚线区域的放大图；附图1 (b)中01为输入光纤的光针部分(探测区)，02为(YVEr)2Si2O7单晶纳米线，03为拉锥光纤探针输入光纤的光针部分(探测区);从附图1 (b)可以看出输入光纤(拉锥光纤探针)、输出光纤(拉锥光纤探针)、稀土硅酸盐纳米线的连接方式；从图1可以看出: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；测试时，通过可见光相机I和红外光相机2实现对稀土硅酸盐纳米线内信号光与泵浦光耦合情况的实时监控。
[0051]从图2可以看出通过拉锥光纤探针能很好的把信号光和泵浦光耦合进了纳米线。
[0052]附图3为泵浦功率为10mwa时，纳米线的增益谱(其中(a)、(b)、(c)谱线分别表示只输入泵浦光、只输入信号光、泵浦光和信号光同时输入时，纳米线末端收集到的信号);利用公式G=101og{ (Is+p-1p)/IJ即可算得相对增益为5.43dB。目前在泵浦光所能达到的最大泵浦功率155mwa的条件下，我们得到了 6.37dB的相对增益。
[0053]从图4中可看出纳米线直径为500?800nm，长度为10?80 μ m，尺寸均匀，纳米线表面较光滑。
[0054]从图5 Ca)中可以看出所制备纳米线的线型较好，从图5 (b)中可以看出单根纳米线中含有S1、O、Er、Yb四种元素且单根纳米线表面光滑，线型良好。
[0055]从图6分析得出，所制备的纳米线的化学式为(Yb/Er)2Si207。
[0056]附图7 (a)为980nm波长的近红外激发实施例1所制备的单根(Yb/Er) 2Si207纳米线时在1.54 μ m处的发光照片(即红外C⑶所成的像)；附图7(b)为980nm波长的近红外激发实施例1所制备的单根(YVEr)2Si2O7纳米线时的上转换发光照片(即可见CCD所成的像)；附图7(c)中左边的光谱为近红外1.54 μ m处的发光光谱，右边的光谱为稀土上转换的发光光谱，通过附图7 (c)可以看出纳米线在525nm、545nm、650nm、1.54 μ m处的均具有较佳的发射强度。
[0057]图9中，I为拉锥光纤探针的光导部分(传导区)，2为拉锥光纤探针的连接部分(锥形区)，01为拉锥光纤探针的光针部分(探测区)；从图9可以看出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；在实际应用过程中，光针部分的长度范围一般为10-30 μ m,连接部分的长度范围一般为20-80 μ m ;光针部分的平均直径与所用稀土硅酸盐纳米线的直径相当。
【具体实施方式】
[0058]实施例和对比例中所用管式炉的型号为Sk_G05123K ；
[0059]现结合附图对本发明作进一步描述:
[0060]实施例1
[0061]如图1所示，将波分复用器的输入端分别与泵浦光源和信号光源相连，将波分复用器的输出端与输入光纤的光导部分相连，将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，将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，将输出光纤的光导部分与Horiba-JY光纤谱仪相连；得到亚波长近红外通信光放大器；
[0062]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.-^4 ，
[0063]所述稀土硅酸盐单晶纳米线的直径为600nm、长度为60 μ m。
[0064]输入光纤或输出光纤的光针部分的平均直径与单根稀土硅酸盐单晶纳米线的直径相当。
[0065]所述泵浦光源的波长为980nm。
[0066]所述信号光源的波长为1465nm?1575nm。
[0067]所述波分复用器为1540/980nm波分复用器。
[0068]通过下述操作可以利用上述亚波长近红外通信光放大器，测出信号光的增益效果，
[0069]具体测量过程为:首先在无980nm泵浦光的条件下只输入1.54 μ m信号光，在光谱仪上可以检测到输出1.54 μ m信号光的强度Is ;关闭1.54 μ m光源，只输入980nm泵浦光(此时泵浦功率为10mwa)，这里测到的是纳米线自身的1.54 μ m光致发光光谱强度Ip，这部分在放大器的测量中是作为噪声处理的；最后将1.54 μ m信号光和980nm泵浦光(此时泵浦功率为10mwa)同时输入纳米线，此时光谱仪检测到的信号强度Is+P已经包含增益的部分。利用公式:相对增益G= 101og{(Is+P-1p)/Is}即可得到该纳米线的相对增益。附图2(a)为实施例1所制备亚波长近红外通信光放大器工作时，输入光纤、单根稀土硅酸盐单晶纳米线、输出光纤的工作示意图；附图2(b)为把1.54 μ m信号光和980nm泵浦光耦合后输入纳米线时，所对应的可见CCD照片。附图3为泵浦功率为10mwa时，纳米线的增益谱(其中(a)、(b)、(C)谱线分别表不只输入泵浦光、只输入信号光、泵浦光和信号光同时输入时，纳米线末端收集到的信号)；利用公式G= 101og{(Is+P-1p)/Is}即可算得相对增益为5.43dB。
[0070]本实施例中所述(Yb/Er)2Si207单晶纳米线是通过下述方法制备的:
[0071]取一定量Si(Alfa Aesar, 99.999%)粉放置于I号瓷舟正中央，将无水YbCl3 (AlfaAesar, 99.99%)颗粒和无水ErCl3 (Alfa Aesar, 99.9%)颗粒按质量比1:1 混合后放置于2号瓷舟正中央，镀有Au膜的Si衬底立于YbCl3和ErCl3颗粒之后；然后把I号瓷舟放置于管式炉正中间，2号瓷舟放置于管式炉下游温区距离I号瓷舟约15cm处；用机械泵将系统内真空度抽至400mT，然后以50sccm的流速通入Ar_5v%02的混合气作为保护气，将炉温升至1200°C (即I号磁舟的加热温度为1200°C、2号磁舟的温度为700°C、衬底上的沉积温度为650°C)，在此温度下恒温此，自然冷却后即可得到化学式为(YVEr)2Si2O7的单晶纳米线，其X射线谱图请参照图6。
[0072]所得纳米线的整体形貌如图4的SEM表征所示；从图中可看出纳米线直径为500?700nm，长度为10?70 μ m，尺寸比较均匀，纳米线表面较光滑。图5是单根(Yb/Er) 2Si207纳米线的SEM图片及其EDS能谱。图7是980nm波长的近红外光激发单根纳米线时，Ca)是红外CXD所成的像；(b)是可见CXD所成的像；(c)是光谱仪上监测到的光谱，说明纳米线在525nm、545nm、650nm、l.54 μ m处的均具有较佳的发射强度。
[0073]从上述所得(Yb/Er) 2Si207单晶纳米线分散到干净的S12片上，在显微镜下找到一根表面光滑，线径均匀的纳米线，用于制作放大器。
[0074]实施例2
[0075]按照实施例1所述条件制备亚波长近红外通信光放大器并检测所制备放大器的增益效果，检测时其他条件均匀实施例1相同，仅仅将泵浦功率调至155mwa，利用公式G=101og{ (Is+P-1p)/Is}即可算得相对增益为 6.37dB。
[0076]本实施例所述(Yb/Er)2Si207单晶纳米线是通过下述方法制备的:
[0077]其他条件与实施例1中制备(YVEr)2Si2O7单晶纳米线的条件相同，仅仅将原料Si粉换成S12粉，载气换成Ar-5v%H2混合气，制得直径为550?750nm，长度为20?60 μ m、表面较光滑的(YVEr)2Si2O7单晶纳米线；从上述所得(YVEr)2Si2O7单晶纳米线分散到干净的S12片上，在显微镜下找到一根表面光滑，线径均匀的纳米线，用于制作放大器。
[0078]实施例3
[0079]按照实施例1所述条件制备亚波长近红外通信光放大器并检测所制备放大器的增益效果，检测时其他条件均匀实施例1相同，检测后得知，放大器具有良好的增益效果。
[0080]本实施例所述(Yb/Er)2Si207单晶纳米线是通过下述方法制备的:
[0081]其他条件与实施例中I制备(YVEr)2Si2O7单晶纳米线的条件相同，仅仅将反应时间延长到3小时，得到直径为550?800nm、长度为30?80μπκ尺寸比较均匀的(Yb/E12Si2O7的单晶纳米线。从上述所得(YVEr)2Si2O7单晶纳米线分散到干净的S12片上，在显微镜下找到一根表面光滑，线径均匀的纳米线，用于制作放大器。
[0082]对比例I
[0083]将反应时间缩短到I小时，其他条件与实施例1中制备(YVEr)2Si2O7单晶纳米线的条件完全相同，衬底上几乎得不到(YVEr)2Si2O7的单晶纳米线。
[0084]对比例2
[0085]将I号磁舟的加热温度控制在为1000°C，将反应时间设定为3小时，其他条件与实施例1中制备(YVEr)2Si2O7单晶纳米线的条件完全相同，衬底上几乎没有(YVEr)2Si2O7的单晶纳米线。
【主权项】
1.一种亚波长近红外通信光放大器，所述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；其特征在于: 所述稀土硅酸盐单晶纳米线一端与输入光纤的光针相连，另一端与输出光纤的光针相连； 所述稀土硅酸盐单晶纳米线是化学式为(Yb/Er)2Si207的稀土硅酸盐单晶纳米线。2.根据权利要求1所述的一种亚波长近红外通信光放大器，其特征在于: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。3.根据权利要求1所述的一种亚波长近红外通信光放大器，其特征在于:输入光纤的光针或输出光纤的光针的直径与单根稀土硅酸盐单晶纳米线的直径相当。4.根据权利要求1所述的一种亚波长近红外通信光放大器，其特征在于:所述泵浦光源的波长为980nm。5.根据权利要求1所述的一种亚波长近红外通信光放大器，其特征在于:所述信号光源的波长为1465nm?1575nm。6.根据权利要求1所述的一种亚波长近红外通信光放大器，其特征在于:所述波分复用器为1540/980nm波分复用器。7.—种如权利要求1-6任意一项所述的亚波长近红外通信光放大器，其特征在于，稀土硅酸盐单晶纳米线的制备方法，包括下述步骤: 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； 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； 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，通入氧气与IS气组成的载气，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T，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(YVEr)2Si2O7、直径为500?800nm、长度为10?80 μ m的稀土硅酸盐单晶纳米线，所述氧气与氩气按体积比5-10:90-95组配；或 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； 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； 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，通入氢气与氩气组成的载气，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T，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(YVEr)2Si2O7、直径为500?800nm、长度为10?80 μ m的稀土硅酸盐单晶纳米线；所述氢气与IS气按体积比5-10:90-95组配。8.根据权利要求7所述的一种亚波长近红外通信光放大器，其特征在于:所述金颗粒的粒度为300-1000nm。9.根据权利要求7所述的一种亚波长近红外通信光放大器，其特征在于:所述YbCl3为纯度> 99.9%的无水YbCl3 ;所述ErCl3为纯度> 99.9%的无水ErCl3 ;所述Si粉的纯度彡99.99% ;所述S12粉的纯度彡99.99%。10.根据权利要求7所述的一种亚波长近红外通信光放大器，其特征在于:催化沉积反应时，控制沉积压力为300-500mT、载气的流速为40?80sccm。
【专利摘要】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(Yb/Er)2Si2O7单晶纳米线为增益介质的、亚波长近红外通信光放大器。本发明以一维微钠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。本发明所述稀土硅酸盐纳米线是化学式为(Yb/Er)2Si2O7、直径为500-800纳米、长度为10-80微米的稀土硅酸盐纳米线。该纳米材料的具体合成方法是以Au作为催化剂，Si粉或SiO2、无水YbCl3颗粒和无水ErCl3颗粒作为原料，采用化学气相沉积法制得。本发明所制备的稀土硅酸盐纳米线对于实现全光通讯以及光集成器件有极其重要的意义。
【IPC分类】B82Y30/00, H01S3/16
【公开号】CN104901156
【申请号】CN201410080676
【发明人】潘安练, 王晓霞, 庄秀娟
【申请人】湖南大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年3月6日
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