厦大与黑龙江大学研究人员合作在有机光子器件及其集成领域取得重要进展

近日，电子科学与技术学院张丹教授团队与黑龙江大学化学化工与材料学院许辉教授团队合作，在有机光子器件及其集成技术领域取得突破性进展，相关成果以“High-Gain of NdⅢComplex Doped Optical Waveguide Amplifiers at 1.06 and 1.31 µm Wavelengths based on Intramolecular Energy Transfer Mechanism”为题发表于Advanced Materials上，并被选为当期卷首文章（frontispiece）。

稀土掺杂光波导放大器作为补偿各类光损耗的重要光子器件，在集成光子芯片中应用广泛。这类器件一般采用激光器作为泵浦源，依靠稀土离子的本征吸收与辐射跃迁来实现光放大，然而，激光器泵浦容易造成波导的热损伤以及稀土离子的上转换发光，器件的商用化配套成本也高，且在硅光芯片中无法灵活放置，这些问题使得稀土掺杂光波导放大器在平面光子集成中的规模化应用受限。因此，探索新的光放大机制与方法具有重要的科学研究意义与工程应用价值。

张丹教授与许辉教授的这项研究工作以噻吩基三氟甲基乙酰丙酮（TTA）为阴离子配体，以含有二苯基膦氧基团的XPO为中性配体，合成了钕配合物Nd(TTA)3(XPO)，通过有机配体与中心稀土钕离子的分子内能量传递作用，实现了钕离子在两个近红外波长1.06 µm 和1.31 µm的高效发光；同时，设计并制备了适合材料的掩埋条形和倏逝波型两种结构的硅基光波导器件，采用低功率发光二极管（LED）替代传统的激光器作为泵浦源，在1.06 µm波长处实现了22.5 dB/cm的光增益，这是目前有机光波导放大器在该波长的最高增益报道；同时，器件在1.31 µm波长处获得了8.4dB/cm的光增益，这也是该类器件在光通信O波段实现高增益光放大的首次突破。

这项研究将分子内能量传递理论与LED泵浦技术相结合，首次实现了器件在一个低功率LED泵浦下的近红外波段双波长的高增益。同时，大大降低了光波导放大器的商用化成本，适应密集波分复用技术的发展趋势，推动了有机光波导放大器在硅光互联与集成的产业化发展。

该工作涉及信息光子、化学、物理等多学科交叉领域，电子科学与技术学院（国家示范性微电子学院）2021级硕士生林铸良与黑龙江大学化学化工与材料学院博士生满意为论文的共同第一作者，张丹教授和黑龙江大学许辉教授为共同通讯作者，这项工作得到了电子科学与技术学院张保平教授、于大全教授的悉心指导，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（61875170，61107023）、福建省自然科学基金（2022J01063）等项目资助，厦门大学为成果的第一完成单位。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202209239

(来源：厦门大学新闻网)