稀土摻雜光波導(dǎo)放大器是片上光子集成的重要器件之一，可以和光開關(guān)、調(diào)制器、微環(huán)、探測器等各種有源/無源光子器件集成在一起，補償光子集成芯片的光損耗。然而，這類器件存在激光泵浦造成的波導(dǎo)熱損傷、稀土離子上轉(zhuǎn)換發(fā)光、商用化成本高等問題，限制了其在光通信核心芯片的規(guī)?；瘧?yīng)用?；诖?，張丹教授團隊與黑龍江大學許輝教授團隊合作，制備了具有高效近紅外發(fā)光性能的系列稀土鉺、釹配合物，揭示了配體與中心稀土離子的分子內(nèi)能量傳遞機理，解決了低功率泵浦實現(xiàn)光增益的技術(shù)瓶頸問題，開發(fā)的硅基稀土摻雜光波導(dǎo)放大器具有成本低廉、環(huán)境友好、增益出色的特點，特別適用于高密度光子集成芯片的光損耗補償。
成果一：研制了基于一維鉺配位鏈摻雜的硅基聚合物光波導(dǎo)放大器，在1.53 μm 、1.55 μm兩個近紅外波長分別實現(xiàn)了10.5和 8.5 dB/cm 的高增益。
開發(fā)了一維鉺配位鏈[Er(DBTTA)3(FDPO)]n，通過磷氧化物配體橋接來提高局部Er3+離子濃度和輻射效率，以及配體到Er3+的鏈內(nèi)能量遷移效率；采用與CMOS兼容的半導(dǎo)體工藝，制備了硅基摻鉺光波導(dǎo)放大器，通過調(diào)控波導(dǎo)截面尺寸的方法提高1.5 μm信號光與365 nm LED泵浦光光場的重疊，在截面尺寸為2 × 3 μm2，長度為1cm的波導(dǎo)中，實現(xiàn)了1.53 和1.55 μm波長光增益。
該成果以“ Optical Amplification at 1.5 μm in ErIII Coordination Polymer-Doped Waveguides Based on Intramolecular Energy Transfer ”為題，發(fā)表在《Advanced Science》( IF:15.1)，我系2021級碩士生史曉武與黑龍江大學化學化工與材料學院博士生滿意為論文的共同第一作者，張丹教授和黑龍江大學許輝教授為共同通訊作者。
成果二：研制了基于單核鉺配合物的硅基光波導(dǎo)放大器，獲得了光通信C波段11.6 dB/cm的增益，該器件增益是目前報道的摻鉺配合物光波導(dǎo)放大器的最高增益。
構(gòu)建了一種單核鉺配合物Er(DBTTA)3(DBFDPO) ，依靠膦氧基配體 DBFDPO 具有配位能力的氧原子，抑制溶劑效應(yīng)導(dǎo)致的激發(fā)態(tài)結(jié)構(gòu)松弛，增強配體到Er3+離子的能量傳遞效率；制備了基于該單核鉺配合物硅基聚合物光波導(dǎo)放大器，在截面尺寸為4 × 4 μm2的波導(dǎo)中，實現(xiàn)了C波段8.2 dB cm?1的相對增益；通過添加鋁反射鏡的方法，進一步提升了器件對LED泵浦光的吸收效率，將相對增益和內(nèi)增益分別提高至11.6 和7.4 dB cm?1。
該成果以“Demonstration of Optical Gain at 1535 nm Based on ErIII Complex-Doped Polymer Waveguides Under Light-Emitting Diode Excitation“為題發(fā)表在《Advanced Optical Materials》（IF: 9.0），我系2021級碩士生何巖與黑龍江大學博士生滿意為論文的共同第一作者，張丹教授和許輝教授為共同通訊作者。
成果三：提出了一種有效的“局部積累輸出”策略用于開發(fā)高增益一維鏈Nd3+配位聚合物近紅外發(fā)光材料及光波導(dǎo)器件。
在基于一維鏈Nd3+配位聚合物制備的嵌入式和倏逝場型兩種硅基摻釹光波導(dǎo)器件中，采用功率< 200 mW的365 nm LED泵浦，在1.06 μm波長分別實現(xiàn)了5.7和4.9 dB/cm的光增益，此性能超過了目前大多數(shù)無機摻釹波導(dǎo)放大器。這項工作強調(diào)了在宿主基質(zhì)中實現(xiàn)均勻分散與局部鑭系中心化的平衡對于開發(fā)高性能稀土摻雜光波導(dǎo)放大器的重要性，得出的準確構(gòu)效關(guān)系對硅光放大領(lǐng)域的后續(xù)研究具有重要的參考意義。
該成果以“Phosphine Oxide-Nd3+ Coordination Chains with Cumulated Output Enable Efficient LED-Pumping Optical Amplification“為題發(fā)表在《Journal of American Chemical Society》（IF: 15.4），黑龍江大學滿意與我系2021級碩士生史曉武為論文的共同第一作者，黑龍江大學許輝、韓春苗教授和張丹教授為共同通訊作者。
