中心博士生王博、周佩奇等关于硅基稀土掺杂波导放大器的文章“A low-fabrication-temperature, high-gain chip-scale waveguide amplifier”近期发表在SCIENCE CHINA Information Sciences期刊上。

在这项研究中，本课题组研究人员采用硅基氧化铋和铒镱酸盐混合薄膜作为增益介质，实现了CMOS工艺兼容的高增益硅基稀土掺杂波导放大器。铒离子以化合物阳离子的形式存在于增益材料中，因而不受母体材料固溶度的限制，浓度提升了1到2个数量级。同时，通过引入氧化铋，大大降低了材料结晶所需的退火温度，在600℃下退火即可激活铒离子，实现较强的光致发光，进而实现和CMOS工艺兼容硅基稀土掺杂波导放大器。

图1 不同退火温度、掺杂比例下的氧化铋、铒镱硅酸盐混合薄膜光致发光（PL）谱

采用硅基氧化铋和铒镱酸盐混合薄膜制备的硅基稀土掺杂波导放大器，在泵浦光功率300mW，信号光功率1μW，波导长度3.3mm的条件下，理论上最高可实现23dB的片上增益，远高于其他硅基稀土掺杂波导放大器的增益。因而，以硅基氧化铋和铒镱酸盐混合材料为基础的波导放大器有着重大的应用前景，为未来片上光电子器件大规模集成提供了可能。

图2 （a）片上波导放大器结构；（b）、（c）不同浓度比例、泵浦光功率、信号光功率下的增益-传输曲线

上述工作得到国家自然科学基金项目的支持。

论文链接：http://engine.scichina.com/doi/10.1007/s11432-021-3360-0