量子點光子晶體光纖光譜與激光特性的基礎研究.pdf

1、量子點和光子晶體光纖是目前處于國際研究前沿的兩種人造材料,前者體現(xiàn)了對電子能帶的控制作用,而后者則體現(xiàn)了對光子能帶的控制作用。本文旨在將量子點與光子晶體光纖結合,以便實現(xiàn)同時控制電子和光子,為研制新穎、高效新型光源和激光器等光子器件的實現(xiàn)提供新的可能。 本文從課題的目標出發(fā),從材料制備入手研究制備稀土摻雜量子點、過渡金屬摻雜量子點、非摻雜量子點、核/殼結構量子點等多種量子點材料,探索實現(xiàn)在一定條件下通過調(diào)節(jié)顆粒尺寸和摻雜成份來實

2、現(xiàn)對量子點自發(fā)輻射進行調(diào)控的方法。并在此基礎上,進行量子點組裝到光子晶體光纖的實驗和理論研究,以量子點組裝光子晶體光纖作為增益介質(zhì),對量子點組裝光子晶體光纖激光器理論和實驗模擬。 主要研究內(nèi)容和成果包括： 1、首次利用微波輔助合成方法在水性介質(zhì)中制備了多種稀土摻雜量子點,包括制備了在通訊波段自發(fā)輻射的ZnS:Er量子點,ZnS:Er,Yb量子點,PbS:Er量子點,并對其光發(fā)射性能進行研究。 2、應用微波輔助合成

3、方法,利用水溶性前驅(qū)體材料在水性介質(zhì)中制備了ZnS:Cu量子點,通過選擇成分含量可以對量子點的自發(fā)輻射進行調(diào)控。并通過共摻雜Al離子提高了ZnS:Cu量子點的光發(fā)射性能。 3、應用微波輔助合成方法,制備出ZnS:Pb和ZnS:Pb/ZnS量子點,ZnS:Pb量子點在410nm至650nm波長處有一個寬譜白光自發(fā)輻射,調(diào)節(jié)ZnS:Pb量子點顆粒尺寸,隨著[S3-]/[Zn2+]的值增加,ZnS:Pb量子點的發(fā)射光譜明顯紅移,因此認

4、為由于量子效應的影響導致發(fā)射光譜紅移,同樣的原因,ZnS:Pb/ZnS核/殼結構量子點在410nm至650nm波長處有一個寬譜白光自發(fā)輻射。相比ZnS:Pb量子點,自發(fā)輻射大幅度增強,但ZnS:Pb/ZnS核/殼結構量子點出現(xiàn)紅移,實現(xiàn)了利用量子效應通過選擇顆粒尺寸對量子點的自發(fā)輻射進行調(diào)控；制備出ZnS:Er/ZnS量子點,得到ZnS:Er/ZnS量子點在1550nm波長處增強的寬譜自發(fā)輻射。 4、在水性介質(zhì)中制備了非支撐的P

5、bS量子點,并對PMMA聚合物矩陣中PbS量子點的紅外光譜性質(zhì)進行了研究。得到PbS量子點從波長900nm到1500nm波長的寬譜發(fā)射,發(fā)射峰位于1179nm波長。隨著聚合物矩陣中PbS量子點濃度的增加發(fā)射強度增加。 5、實現(xiàn)了光子晶體光纖中選擇性長距離組裝量子點,并發(fā)現(xiàn)微區(qū)范圍內(nèi)量子點具有良好的附著性能。首次利用平面波展開方法和有限元方法對量子點組裝光子晶體光纖進行數(shù)值模擬,研究量子點組裝后光子晶體光纖中光子帶隙的變化,發(fā)現(xiàn)在

6、量子點層折射率變化時,光纖傳導受到光子空氣纖芯模式引導和高折射率表面模式引導兩種模式的影響,并發(fā)現(xiàn)兩個低損耗區(qū)域。利用超連續(xù)光源對量子點組裝光子晶體光纖的導波性能進行研究。發(fā)現(xiàn)幾種具有相似結構的光子晶體光纖在1560nm波長附近可以透過,且結構均勻性好、對稱性高與理論結構相似的樣品,其結構與理論模擬結果吻合較好。 6、利用量子點組裝光子晶體光纖作為增益介質(zhì),構建線形結構諧振腔的激光器模型,得到在980nm波長泵浦條件下,泵浦光子