一种钠硼铝硅酸盐玻璃近红外宽带PbSe量子点光纤放大器制造技术

一种钠硼铝硅酸盐玻璃近红外宽带PbSe量子点光纤放大器，包括信号源1、双级光隔离器2、波分复用器3、激励源4、空芯光纤套管5、量子点玻璃光纤6；信号光从信号源1输出进入双级光隔离器2，进入波分复用器3，通过空芯光纤套管5将波分复用器的尾纤与量子点玻璃光纤6耦合，信号光得以进入量子点玻璃光纤6进行光放大，然后输出信号光；泵浦光从激励源4输出，进入经过波分复用器3，通过空芯光纤套管5将波分复用器的尾纤与量子点玻璃光纤6耦合，泵浦光得以进入量子点玻璃光纤6。本发明专利技术还包括以ZnSe掺杂的钠硼铝硅酸盐玻璃为基底的PbSe量子点光纤放大器所用的PbSe量子点玻璃光纤。

A near infrared broadband PbSe quantum dot fiber amplifier with sodium boroaluminosilicate glass

A near-infrared broadband PbSe quantum dot fiber amplifier with sodium borate aluminosilicate glass includes a signal source 1, a two-stage optical isolator 2, a wavelength division multiplexer 3, an excitation source 4, a hollow fiber sleeve 5, and a quantum dot glass fiber 6; the signal light outputs from the signal source 1 into a two-stage optical isolator 2, enters a wavelength division multiplexer 3, and passes through a hollow fiber sleeve. Tube 5 couples the tail fiber of the wavelength division multiplexer with the quantum dot glass fiber 6, and the signal light enters the quantum dot glass fiber 6 for optical amplification, then outputs the signal light; the pump light outputs from the excitation source 4, enters the wavelength division multiplexer 3, and couples the tail fiber of the wavelength division multiplexer with the quantum dot glass fiber 6 through the hollow fiber sleeve 5. Pumping light can enter quantum dot glass fiber 6. The invention also comprises a PBSe quantum dot glass fiber for a PBSe quantum dot fiber amplifier on a ZnSe-doped sodium borate aluminosilicate glass substrate.

【技术实现步骤摘要】
一种钠硼铝硅酸盐玻璃近红外宽带PbSe量子点光纤放大器
本专利技术涉及光通信技术和纳米材料制备领域，具体涉及一种ZnSe掺杂的钠硼铝硅酸盐玻璃为光纤纤芯基底的PbSe量子点光纤放大器。
技术介绍
光纤放大器是光纤通信线路中十分重要的一种器件，随着数据波的出现以及网络流量的指数增长预计会无限期地持续下去，带宽的产生仍然是一个挑战。实施未来高容量，超宽带光网络的主要限制之一是光纤带宽的扩展这超出了现有技术的信号放大设备-掺铒光纤放大器的能力，传统的光纤放大器一般是由掺杂稀土离子(铒，镱，铥镨或铷)的光纤中产生增益使得光信号得到，但是这些稀土离子受限于天然的能级结构，其放大的带宽较小，已经无法满足当今社会的需求。纳米晶体量子点由于其独特的量子尺寸效应而引起了人们的广泛关注。在近红外波带，目前已经实现的IV-VI族量子点主要有PbSe、PbS和PbTe等。研究表明：PbSe量子点的发光效率在IV-VI族中最高，其量子产率甚至可达300％，此外，PbSe量子点粒子尺寸远小于其玻尔半径(46nm)，量子限域效应明显，团聚很难发生。因此，PbSe量子点得到了人们的更多关注。在量子点掺杂的光电子器件中，光纤放大器是其中一类重要器件。由于量子点的吸收-辐射峰波长以及辐射谱的半高全宽(FWHM)依赖于量子点的粒径，因此，量子点光纤放大器有可能在S-C-L实现全波带光放大，从而形成一种全新的近红外光纤放大器。目前，量子点光纤的制备主要有三种方法：一种是将量子点掺入光纤的基底材料(例如UV胶、正己烷)，将量子点溶胶灌入空心光纤制备成量子点光纤。该方法的优点是成品量子点荧光性能好、量子点分布均匀，缺点是光纤的稳定性较差。第二种是先将普通光纤拉锥处理，然后将量子点胶体涂覆在光纤外面的锥形区域得到量子点光纤，用倏逝波泵浦的方式进行激励。该方法的优点是实验室容易操作、易于与普通光纤耦合，但增益较低、量子点涂覆层裸露易受外界的影响。第三种是通过高温熔融法和拉丝先制得玻璃光纤，再对光纤进行退火热处理，得到含量子点的玻璃光纤。该方法的优点是量子点在玻璃基质中相当稳定，缺点是所制备的量子点的粒径及密度分布等不易达到要求。但从长远来看，由于玻璃基质的量子点光纤相当稳定以及与现有的工业大规模光纤技术相兼容，因此，量子点玻璃光纤应当是量子点光纤的发展方向。迄今为止，尚未见到有常规玻璃光纤纤芯结构的近红外量子点光纤放大器的报道。
技术实现思路
本专利技术要克服传统稀土离子的光纤放大器的带宽缺陷，提供一种以ZnSe掺杂的钠硼铝硅酸盐玻璃为光纤纤芯基底的PbSe量子点光纤放大器。本专利技术拓展了传统掺铒粒离子光纤放大器的工作带宽。量子点光纤放大器的中心波长可由量子点的中心粒径来控制，工作带宽可由量子点的尺寸分布控制，而量子点的中心粒径和尺寸分布又可以通过不同的热处理条件来进行控制。从而为扩展光纤通信波带和工业化应用提供了一种新的途径。本专利技术的思路是：将PbSe量子点直接生成在钠硼铝硅酸盐玻璃中，解决了量子点光纤稳定性问题。之后将PbSe量子点玻璃光纤与双级光隔离器、波分复用器、空芯光纤套管等构成基于钠硼铝硅酸盐玻璃的近红外宽带PbSe量子点光纤放大器。本专利技术采用的技术方案是：一种钠硼铝硅酸盐玻璃近红外宽带PbSe量子点光纤放大器，其特征在于：是以ZnSe掺杂的钠硼铝硅酸盐玻璃为光纤纤芯基底的PbSe量子点光纤放大器，包括信号源1、双级光隔离器2、波分复用器3、激励源4、空芯光纤套管5、量子点玻璃光纤6；信号光从信号源1输出进入双级光隔离器2，进入波分复用器3，通过空芯光纤套管5将波分复用器的尾纤与量子点玻璃光纤6耦合，信号光得以进入量子点玻璃光纤6进行光放大，然后输出信号光；泵浦光从激励源4输出，进入经过波分复用器3，通过空芯光纤套管5将波分复用器的尾纤与量子点玻璃光纤6耦合，泵浦光得以进入量子点玻璃光纤6。以ZnSe掺杂的钠硼铝硅酸盐玻璃为基底的PbSe量子点玻璃光纤，其制备方法如下：(1)配料；将以下摩尔质量百分比的制备配合料投入搅拌机：(2)搅拌；将所述原料按配比放入搅拌机连续搅拌1-5次，每次搅拌2-10分钟，令混合料充分均匀；(3)熔融；然后将混合料倒入刚玉坩埚中并加盖，放入高温熔融炉中熔融，温度为1100～1500℃，时间为20min～2h；(4)拉丝；取出得到PbSe玻璃熔体迅速在室温下进行快速拉丝，得到透明无色光纤。(5)热处理；将透明无色光纤放入高温烧结炉在450-750℃热处理1-30h，在炉中缓慢降至室温，取出得到棕黄色光纤即本专利技术所述的钠硼铝硅酸盐玻璃为基底的掺杂PbSe量子点的光纤。本专利技术采用ZnSe作为PbSe量子点Se元素的引入物而不是Se粉，主要是由于单质Se的熔点较低，在高温下易挥发而丢失，而ZnSe的熔点可达1520℃，在高温熔融条件下，大多数ZnSe可存留在玻璃基质中，且残余的Zn形成的ZnO是玻璃基质体系的中间氧化物，能促进PbSe量子点的形成，从而可以得到较高浓度的PbSe量子点玻璃光纤。一种钠硼铝硅酸盐玻璃近红外宽带PbSe量子点光纤放大器中PbSe量子点的形状可为球形或椭球形，粒径分布的半高全宽为(0.2～1)nm或长短轴之比为(1～2)：1。所述的以ZnSe掺杂的钠硼铝硅酸盐玻璃为基底的PbSe量子点光纤，PbSe量子点光纤为裸光纤，包层为空气。所述的以ZnSe掺杂的钠硼铝硅酸盐玻璃为基底的PbSe量子点光纤，PbSe量子点光纤的直径为10-80μm。所述的以ZnSe掺杂的的钠硼铝硅酸盐玻璃为基底的PbSe量子点光纤，PbSe量子点光纤的长度为0.5-15cm。所述的以ZnSe掺杂的钠硼铝硅酸盐玻璃为基底的PbSe量子点光纤，PbSe量子点光纤对980±5nm泵浦光的吸收系数＝1-5cm-1。所述的以ZnSe掺杂的钠硼铝硅酸盐玻璃为基底的PbSe量子点光纤与波分复用器尾纤采用空芯光纤套管进行连接。所述的以ZnSe掺杂的钠硼铝硅酸盐玻璃为光纤纤芯基底的PbSe量子点光纤放大器中的空芯光纤套管，为去纤芯的石英光纤，其去芯后的内径为60-160μm。所述的以ZnSe掺杂的钠硼铝硅酸盐玻璃为光纤纤芯基底的PbSe量子点光纤放大器中PbSe量子点玻璃光纤与波分复用器的耦合采用拉锥量子点光纤。所述的以ZnSe掺杂的钠硼铝硅酸盐玻璃为光纤纤芯基底PbSe量子点光纤的光路传输损耗小于6dB。常规的掺铒离子光纤放大器的的带宽只有约25nm，本专利技术将PbSe量子点直接生成在玻璃基底中制备出的量子点光纤与隔离器、波分复用器等构成的量子点光纤放大器，结构简单，带宽可达80nm。当量子点玻璃光纤的退火条件为530℃、7.5h时放大器的中心工作波长为1310nm，当退火条件为600℃、7.5h放大器的中心工作波长为1550nm。因此可以通过控制热处理温度和时间制备出不同辐射峰波长、不同辐射谱的半高全宽的量子点光纤来调节量子点光纤放大器的中心工作波长和带宽，为扩展光纤通信波带和工业化应用提供了一种新的途径。本专利技术的优点是：本专利技术具有结构简单、近红外带宽宽、噪声低、性能稳定等优点，为扩展光纤通信波带到S-C-L波带和大规模工业化器件制备提供了一种新的途径。附图说明图1为本专利技术的实施例一的PbSe量子点玻璃光纤中量子点的透射电镜图；图2为实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钠硼铝硅酸盐玻璃近红外宽带PbSe量子点光纤放大器，其特征在于：是以ZnSe掺杂的钠硼铝硅酸盐玻璃为光纤纤芯基底的PbSe量子点光纤放大器，包括信号源(1)、双级光隔离器(2)、波分复用器(3)、激励源(4)、空芯光纤套管(5)、量子点玻璃光纤(6)；信号光从信号源(1)输出进入双级光隔离器(2)，进入波分复用器(3)，通过空芯光纤套管(5)将波分复用器的尾纤与量子点玻璃光纤(6)耦合，信号光得以进入量子点玻璃光纤(6)进行光放大，然后输出信号光；泵浦光从激励源(4)输出，进入经过波分复用器(3)，通过空芯光纤套管(5)将波分复用器的尾纤与量子点玻璃光纤(6)耦合，泵浦光得以进入量子点玻璃光纤(6)。

【技术特征摘要】
1.一种钠硼铝硅酸盐玻璃近红外宽带PbSe量子点光纤放大器，其特征在于：是以ZnSe掺杂的钠硼铝硅酸盐玻璃为光纤纤芯基底的PbSe量子点光纤放大器，包括信号源(1)、双级光隔离器(2)、波分复用器(3)、激励源(4)、空芯光纤套管(5)、量子点玻璃光纤(6)；信号光从信号源(1)输出进入双级光隔离器(2)，进入波分复用器(3)，通过空芯光纤套管(5)将波分复用器的尾纤与量子点玻璃光纤(6)耦合，信号光得以进入量子点玻璃光纤(6)进行光放大，然后输出信号光；泵浦光从激励源(4)输出，进入经过波分复用器(3)，通过空芯光纤套管(5)将波分复用器的尾纤与量子点玻璃光纤(6)耦合，泵浦光得以进入量子点玻璃光纤(6)。2.如权利要求1所述的一种钠硼铝硅酸盐玻璃近红外宽带PbSe量子点光纤放大器，其特征在于：量子点玻璃光纤(6)是以ZnSe...

【专利技术属性】
技术研发人员：程成，汪方杰，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33