电子科学与技术学院张丹教授团队在硅基有源光子器件领域取得重要进展
日期：
2024-07-04
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近日，电子科学与技术学院张丹教授团队与黑龙江大学许辉教授团队合作，在硅基有源光子器件领域取得重要进展，相关成果以“ Optical Amplification at 1.5 μm in ErIII Coordination Polymer-Doped Waveguides Based on Intramolecular Energy Transfer ”为题，发表在《Advanced Science》上。稀土掺杂光波导放大器是光子集成芯片的重要器件之一，可以和光开关、调制器、微环、探测器等各种有源/无源光子器件集成在一起，补偿光子集成芯片的光损耗。然而，这类器件存在激光泵浦造成的波导热损伤、稀土离子上转换发光、商用化成本高等问题，限制了其在光通信核心芯片的规模化应用。基于此，张丹教授团队与黑龙江大学许辉教授团队合作，制备了具有高效近红外发光性能的一维铒配位链[Er(DBTTA)3(FDPO)]n，通过磷氧化物配体桥接来提高局部Er3+离子浓度和辐射效率，以及配体到Er3+的链内能量迁移效率，揭示了配体与稀土Er3+离子的分子内能量传递机理；采用与CMOS兼容的半导体工艺，制备了硅基掺铒光波导放大器器件，通过调控波导截面尺寸的方法提高1.5 μm信号光与365 nm LED泵浦光光场的重叠，在截面尺寸为2 × 3 μm2，长度为1cm的波导中，在1.53 μm 、1.55 μm波长处分别实现了低功率泵浦下的10.5和 8.5 dB/cm的光增益。这款硅基稀土掺杂光波导放大器具有成本低廉、环境友好、增益出色的特点，适用于高密度光子集成芯片的C波段光损耗补偿。这项成果是张丹教授团队继LED泵浦实现0.64 μm、0.98 μm、1.06 μm、1.31μm波段片上光损耗补偿（Adv. Mater, 2209239, 2023；Adv. Opt. Mater, 2202005, 2022；Small methods, 173301, 2021）之后的又一次重要突破。这一系列工作发挥了有机发光材料在光子芯片领域的应用优势，构建了区别于传统稀土掺杂光波导放大器的学术思想，有望降低硅基有源光放大器件的商用化成本，为推动有机光子器件的产业化发展提供有力的技术支撑。张丹教授和黑龙江大学许辉教授为该论文的共同通讯作者，电子学院2021级硕士生史晓武与黑龙江大学化学化工与材料学院博士生满意为共同第一作者。这项工作得到了电子学院张保平、蔡志平、董俊、于大全教授的悉心指导，以及李澄、罗正钱教授、柔性电子（未来技术）研究院谢国华教授的帮助；由国家重点研发计划信息光子技术重点专项（2021YFB2800500）、国家自然科学基金（61875170）、福建省自然科学基金（2022J01063）等项目资助。论文链接：http://doi.org/10.1002/advs.202401131
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