氦离子注入制备掺Yb3+硅酸盐玻璃单模光波导

"这篇文章详细介绍了如何使用氦离子注入技术在掺杂Yb3+的硅酸盐玻璃中制作单模光学平面和沟道波导。研究人员通过三能氦离子注入，以6.0 x 10^16离子/平方厘米的总剂量，制造了这些光学波导。实验过程中，利用棱镜耦合装置分析了平面波导的暗模式光谱，同时借助端面耦合系统获取了平面和通道波导的近场模式轮廓。通过强度计算方法重构了折射率分布，揭示了经过光束处理后产生了折射率增强区域和光学屏障。在260摄氏度下进行1小时的植入后处理，通道波导的传播损耗达到了约1.2分贝/厘米。这些具有可接受引导特性的波导表明，有可能在掺氦的掺Yb3+硅酸盐玻璃波导上实现更多类型的波导激光器。" 本文探讨的关键知识点包括： 1. **光学波导**: 波导是用于传输光信号的结构，此处的光学平面和沟道波导是在掺杂Yb3+的硅酸盐玻璃中形成的，这种材料具有良好的光性能，适合光学通信和激光应用。 2. **氦离子注入**: 这是一种微加工技术，通过高速氦离子轰击材料表面，改变其局部结构，如增加折射率，从而形成光波导。在这个实验中，使用了三能氦离子注入，确保了波导的精确构造。 3. **掺Yb3+的硅酸盐玻璃**: Yb3+是一种常见的稀土离子，作为掺杂剂可以提高材料的光活性，特别是在激光材料中，因为Yb3+离子具有宽的吸收和发射带，有利于能量的储存和释放。 4. **暗模式光谱分析**: 暗模式光谱是研究波导性能的重要手段，它能揭示波导内部的传播特性，帮助理解光在波导内的传播行为。 5. **近场模式轮廓**: 通过端面耦合系统观察到的近场模式轮廓，能够提供关于波导内部光场分布的详细信息，有助于优化波导设计。 6. **折射率分布重构**: 通过对光强的计算，可以重构出玻璃内部的折射率分布，这有助于理解波导的形成机制和光传播效率。 7. **植入后处理**: 在260摄氏度下进行的处理有助于稳定材料结构，降低传播损耗。这里的通道波导损耗为1.2 dB/cm，对于光通信应用来说是可接受的。 8. **波导激光器的可能性**: 文章指出，这些低损耗、具有优良引导特性的波导为在该材料平台上实现更多种类的波导激光器提供了可能。 这些研究成果对于开发高性能的光子集成器件，尤其是基于稀土离子的激光器，具有重要的理论和实际意义，可能推动光通信、光纤传感等领域的发展。