近年来,随着微纳加工技术的日益成熟,硅基光电子也得到了快速发展。相比以电子为信息载体的集成电路,以光子为信息载体的集成芯片具有能耗低、串扰小、信息传输速度快等优点。硅基光电子集成需要众多的器件,如硅基光源、波导放大器、调制解调器、分束器等。作为硅基光电子集成中一个必不可少的器件,掺铒波导放大器能够补偿其他器件产生的损耗,如插入损耗、传输损耗、耦合损耗等。　　但是,相比其他器件的快速发展,如调制解调器等,掺铒波导放大器在过去的二十年问进展缓慢。硅基集成光电子要求波导放大器在微纳米量级提供相对较大的光放大。单位长度增益高意味着铒掺杂浓度高。但是,由于铒在固体中的低溶解度问题,过去的研究中最高的铒掺杂浓度在1020 cm-3量级。除了浓度问题,波导放大器中的上转换也是不可回避的一个问题,它直接影响到能否在铒离子的工作能级上实现粒子数反转。　　近几年,铒硅酸盐(Er2SiO5和Er2Si2O7)引起了人们的广泛关注,在硅基集成中作为基于铒的材料平台,它在应用于通信波段的小尺寸放大器和光源上都有着极大的潜力。与之前报道的放大器中铒离子浓度10-16-20 cm-3相比,这种材料的铒离子浓度可以高达1022cm-3左右。然而,在对于铒硅酸盐放大器的研究中还存在许多的问题没有解决。例如:铒硅酸盐非常耐刻蚀,这也使得它很难直接形成波导结构。其次,它的一些重要光学参数还没有相关报道。其中包括:铒离子的光学吸收截面、发射截面和合作上转换系数等,这也限制了对这种材料更深入的研究。最为主要的问题是由于这种材料晶体结构引起的散射使得其制作波导的传输损耗太大,这在一定程度上影响了其在硅基光学集成上的应用。　　在本论文的研究中,进行了氮化硅.铒/镱混合型波导光放大的研究工作。实验中,首先用PECVD制作250 nm厚的氮化硅薄膜,经过光刻、刻蚀等工艺,制作了宽2.4μm氮化硅条形波导。然后通过溅射在氮化硅波导上制作了400nm厚的铒/镱硅酸盐薄膜。通过cut-back方法测量出了混合型波导的传输损耗为3.2dB/cm,与之前的铒/镱硅酸盐条形加载波导的损耗相比,这个损耗已经大幅的减小。在1476 nm泵浦激光器的激发,在5.9 mm长的波导中观测到3.1 dB的信号增强。除此之外。在实验中观测到沿波导的红色上转换散射光。在分析其物理机理后,提出镱离子间接参与的能量转移上转换的物理机制。根据铒离子的速率方程,我们建立了一个1530nm信号光增益的简单模型,并且通过拟合计算得到了上转换系数为(3.0±1.0)×10-17 cm3/sec。　　本论文中,还对氮化硅一铒/镱硅酸盐混合型波导进行了优化。通过引入钇离子进一步稀释铒/镱的离子浓度,并且在1476nm的泵浦下,在优化的氮化硅.铒/镱/钇硅酸盐混合型波导中得到了1.25dB/cm的内增益,其波导的传输损耗为3.4±0.2dB/cm。得到的内增益并没有饱和,通过加大泵浦功率和减小波导传输和耦合损耗能够进一步增大增益。　　总之,在该文中,制作了氮化硅.铒/镱硅酸盐混合型波导。通过低损耗氮化硅波导的引入,混合型波导的传输损耗减小了很多。同时,对试验中观测到的合作上转换进行了研究,提出了在1476nm泵浦情况下,镱离子间接参与的能量转移上转换。计算得到上转换系数为(3.0±1.0)×10-17 cm3/sec。通过引入钇离子进一步稀释铒离子浓度和降低镱/铒摩尔比,在1476nm泵浦下,在氮化硅-铒/镱/钇硅酸盐混合型波导中实现了1.25dB/cm的增强。