基于鈉硼鋁硅酸鹽玻璃的PbSe量子點(diǎn)紅外單模光纖激光的數(shù)值模擬.pdf

1、由于納米尺寸量子點(diǎn)中的電子和空穴在三維空間上的受限運(yùn)動(dòng)，其能帶和光學(xué)發(fā)射譜變得離散。因此，量子點(diǎn)表現(xiàn)出一些特殊的性質(zhì)，例如熒光輻射增強(qiáng)、具有更大的斯托克斯平移以及生物兼容性更好。這些性質(zhì)使得量子點(diǎn)在近年來被廣泛關(guān)注，并且在量子點(diǎn)激光器、量子點(diǎn)太陽能電池、高速全光邏輯器件以及量子點(diǎn)LED等的應(yīng)用領(lǐng)域展示出了潛在的優(yōu)勢(shì)。在Ⅳ-Ⅵ族材料中，PbSe是其中一種量子點(diǎn)，其激子波爾半徑較大(～46nm)，因而具有量子局限性強(qiáng)、量子產(chǎn)率極高以及熒光發(fā)

2、射波長幾乎覆蓋整個(gè)近紅外波段(1000～2300nm)等的特點(diǎn)。
　　在本文中，細(xì)致的研究了PbSe量子點(diǎn)摻雜的光纖激光器(QDFL)。為了獲得合適的PbSe量子點(diǎn)的吸收截面，我們先用Matlab反向傳輸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和米氏散射理論預(yù)測(cè)了1240～2230nm波長范圍內(nèi)PbSe量子點(diǎn)的吸收。然后建立了一個(gè)PbSe量子點(diǎn)摻雜單模光纖激光器的計(jì)算動(dòng)力學(xué)模型，利用遺傳算法對(duì)其泵浦波長、光纖長度、摻雜濃度和出射鏡反射率進(jìn)行了優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)已經(jīng)報(bào)道了

3、鈉硼鋁硅酸鹽玻璃中的PbSe量子點(diǎn)在550攝氏度退火后，其吸收和發(fā)射峰值的波長分別為1566nm和1676nm。對(duì)于1566nm，我們利用σa（λ）=α（λ）/Np公式計(jì)算出它的吸收截面為2.98×10-20 m2。再進(jìn)一步，根據(jù)200～1240nm波長范圍內(nèi)的已知數(shù)據(jù)，我們利用Matlab BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)1240～2230nm波長范圍內(nèi)PbSe量子點(diǎn)光纖激光器的折射率和吸收率進(jìn)行了預(yù)測(cè)。利用這些預(yù)測(cè)值，我們計(jì)算了1566nm處的吸收截

4、面，其值為6.71×10-20 m2，這與根據(jù)實(shí)驗(yàn)計(jì)算所得值在數(shù)量級(jí)上保持了一致。
　　基于高溫熔融法實(shí)驗(yàn)和遺傳算法理論，本文還提出了PbSe量子點(diǎn)摻雜光纖激光器，并數(shù)值求解了其速率方程和線性諧振腔中的激光震蕩方程。泵浦波長λp、光纖長度L、摻雜濃度N和出射鏡反射率R2這些變量的值由遺傳算法確定。定義泵浦效率后，泵浦功率具有一個(gè)明顯的閾值(2W)。當(dāng)泵浦功率高于2W后，1676nm輸出波長的激光器最大輸出功率達(dá)1.36W，泵浦效率

5、為68％。利用上述λp、L和R2變量，優(yōu)化摻雜濃度可以表示為Pm(N)=P0 exp(-Nth/(N+C))（這里Nth為摻雜濃度閾值，Pm為最大輸出功率，P0是輸出功率初始值）。從中可以看出當(dāng)摻雜濃度N＜0.1×1021 m-3時(shí)，激光功率增加緩慢;當(dāng)N增加至0.1×1021 m-3到5×1021 m-3之間時(shí)，激光功率呈指數(shù)增加;當(dāng)N＞5×1021 m-3時(shí)，激光功率達(dá)到飽和。然而，光纖長度隨摻雜濃度的增加而減小，即，摻雜濃度越高，