伴随着时代的不断发展和进步,通信技术渗透至人们日常生活的脚步逐渐加快,传统的电通信模式越来越不能实现人们对高速、稳定通信的需求。这一需求的出现促进了光通信技术的发展,但光在长距离传输过程中产生的损耗问题无法避免,因此能够对信号损耗进行补偿的光放大器成为了光网络系统的核心。掺铒光纤放大器（Erbium Doped Fiber Amplifier:EDFA）因其低的损耗、宽的频带以及高的增益等优点得到了广泛应用,但通信中光纤长度至少以米为数量级,使其在短距离通信和平面光子集成中应用困难,掺铒光波导放大器（Erbium Doped Waveguide Amplifier:EDWA）逐渐成为研究焦点。EDWA的基质主要分为无机和有机聚合物两种,与无机基质相比,有机聚合物基质材料成本低、制备工艺简单且易于集成,因此广大学者将研究风向逐渐聚焦在有机聚合物光波导放大器上。在有机聚合物EDWA中,铒离子~4I13/2能级上的电子向基态~4I15/2能级的跃迁会发出波长为1530 nm的光子,刚好与光通信网络的低损耗通信窗口1530～1565nm相对应。在基质中掺入Yb3+作为敏化剂时,可缓解由于Er3+浓度过高产生的浓度猝灭,有效降低器件的泵浦阈值功率,实现器件在更小的泵浦光功率下产生更高的增益性能。基于这些理论模型,本论文合成了一系列不同Er3+、Yb3+掺杂浓度的NaYF4:Er3+,Yb3+纳米晶,系统研究了Er3+、Yb3+掺杂浓度对纳米晶下转换发光性质的影响,并利用优化后的纳米晶材料实现了在光波导放大器中的应用。论文利用高温热分解法合成了9种不同Er3+、Yb3+浓度的NaYF4:Er3+,Yb3+纳米晶,并表征了纳米晶的粒子形貌,可见纳米晶粒径均匀、形貌清晰无团聚;测试了吸收光谱和发射光谱,经分析,Yb3+掺杂浓度相同时,随Er3+浓度的提高,吸收强度和发射强度先增强再逐渐减弱。当Er3+、Yb3+在纳米晶中的掺杂浓度分别为2%、18%时,NaYF4:Er3+,Yb3+纳米晶获得最强的吸收和发射强度以及最大的发射光谱的半高全宽,为62.5 nm。将合成优化后的NaYF4:2%Er3+,18%Yb3+纳米晶均匀分散在SU-8聚合物中,在硅片上旋涂成膜,利用椭偏仪测试出芯层材料的折射率;并设计制备了矩形波导结构,该器件下包层为Si O2基片、芯层材料为掺杂NaYF4:2%Er3+,18%Yb3+纳米晶的SU-8光刻胶、上包层为PMMA聚合物。利用COMSOL软件模拟了波导截面的光场分布,利用Matlab软件模拟了铒离子掺杂浓度、重叠积分因子及信号光功率等参数对器件增益性能的影响。用旋涂、光刻、湿法腐蚀等半导体工艺制备了聚合物光波导放大器,搭建光波导耦合平台测试了器件增益性能,在信号光波长1525 nm,功率0.1 m W,980 nm泵浦光功率为400 m W时,7 mm长的器件获得最大相对增益为2.44 d B,单位最大相对增益为3.49 d B/cm。