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英国利兹大学研究团队研究出新型掺铒玻璃,能够用于小型化光子集成电路

由掺杂锌、钠和碲的玻璃与稀土元素铒制成的材料可用于宽波段平面波导放大器。由于波导使小型化变得更容易,科学家已经开始测试用于信号传输而不是长光纤的平面波导。铒元素的电子跃迁发生在1.5μm,这是电信技术中的标准波长。


来自英国利兹大学的研究人员使用超快激光等离子体将铒离子作为薄膜结合在二氧化硅衬底中。一束高强度(飞秒)激光射向掺铒玻璃的表面,在玻璃表面喷射出很多微小的凹坑,并将喷射的材料在凹坑中羽流产生薄膜。

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图为凹坑的显微示意图


消融阈值

在成膜过程中,研究人员将测量重点放在玻璃的消融阈值(即通过强激光照射分离原子或分子所需的最小能量)上。然后研究人员确定了他们系统中的消融阈值是如何受激光束半径、激光脉冲数和铒离子掺杂浓度影响的。


适用性

尽管英国利兹大学团队进行的研究主要集中在铒离子作为掺杂剂,但研究人员Thomas Mann表示,该结果也适用于使用超快激光加工的其他介电材料。


该团队还研究了喷射到玻璃中的微小凹坑的形状和特征,以更好地了解如何控制诸如孔隙率,表面积以及材料散射或吸收光的能力等特性。


Mann补充道:“对于光催化、传感、燃料、太阳能电池以及LED中光提取的表面积要求,这些特性对于设计其他介电材料非常重要。”


下一步研究

研究的下一阶段将涉及放大器,传感器和其他设备的更精确的薄膜和波导工程。

该团队认为,对于集成光学器件的持续发展和小型化,从长光纤到平面波导的过渡是必要的。在所研究的各种光学材料中,基于亚碲酸盐的玻璃由于其高折射率、低声子能量、高稀土溶解度和大的发射带宽等优点而被证明是特别有前途的。

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