纳米晶体量子点光纤及光纤放大器制造技术

本发明专利技术提供一种纳米晶体量子点光纤以及量子点光纤放大器。不采用传统的天然元素（例如：铒）作为光纤的掺杂物，而采用人工纳米晶体ＰｂＳｅ和ＣｄＳｅ量子点作为光纤的掺杂物，构成量子点光纤。由该量子点光纤以及泵浦光源、输入光纤耦合器和输出光纤耦合器等，可组成量子点光纤放大器。与传统的掺铒光纤放大器相比，该量子点光纤放大器具有高平坦增益、宽带宽、噪声极低等突出优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光电子
，为一种光通讯器件，尤其是一种光纤及光纤放大器。
技术介绍
传统的光纤放大器是掺天然稀土元素(例如铒、铥、镱等)的光纤放大器。由于其具有宽带宽、高增益、低噪声等特点，在密集波分复用全光网通讯中已经是一个关键器件。目前，研究和应用最多的是掺铒光纤放大器(EDFAs)。为了增加光纤放大器的平坦增益和带宽，人们使用了许多不同的方法，例如将传统波带(C-band)和长波带(L-band)双纤芯掺铒光纤串接起来，可获得超带宽、增益平坦的放大器。这种新型放大器在1515-1620nm区间的平坦增益为15dB，在C波带(1515-1555nm)之间的增益变化为1.3dB，在L波带(1562-1620nm)之间是1.5dB，噪声谱在整个波带上是4.5-4.8dB。这些平坦增益和带宽指标，基本代表了目前EDFAs的最好水平，也基本代表了EDFAs所能达到的极限。虽然天然元素掺杂以及串接技术等使光纤放大器性能得到了极大的提高，但是，由于天然元素的辐射(吸收)谱波长及谱宽是恒定的，因此，它的平坦增益、宽带、噪声等重要指标都受到了限制，无法进一步提高。近年来，人工纳米晶体材料(量子点)领域有许多新的发展。量子点是准零维纳米材料，它由少量的原子所构成。量子点三个维度的尺寸都在几十纳米以下，其内部电子在各方向上的运动都受到局限，所以量子效应特别明显。量子点中低的态密度、能级的尖锐化以及三维受限运动，导致类似原子的不连续电子能阶结构，使其电学性能和光学性能与宏观相比有显著变化，也使得半导体量子点在生命科学、医药、功能材料、催化、磁介质、光电子器件等许多方面具有极为广阔的应用前景。在人工纳米晶体材料中，对通讯光纤而言，有的具备了良好的、甚或是理想的吸收和辐射谱。其中PbSe、CdSe、CdTe和CdS等量子点的辐射和吸收谱几乎覆盖了从465-2340nm的宽广的波带。此外，在制备人工纳米晶体材料时，可通过人工调控纳米晶体的尺度来调控量子阱的宽度，从而达到调控吸收峰和辐射峰的波长位置以及谱的全宽半高(FWHM)。通过不同类型的掺杂或不同的尺度大小，还可整体移动吸收和辐射谱。
技术实现思路
为了突破传统的掺铒光纤及掺铒光纤放大器的增益、宽带和噪声等关键指标的限制，本专利技术提供一种能够明显改善光纤放大器性能的纳米晶体量子点光纤，以及高平坦增益、宽带宽、噪声极低的量子点光纤放大器。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是一种纳米晶体量子点光纤，包括纤芯、包层，所述的光纤采用半导体纳米晶体作为掺杂物，所述的半导体纳米晶体的浓度为(0.6～5.0)×1024m-3；该半导体纳米晶体直径为1.9～9nm，在可见和红外波段的辐射和吸收覆盖465～2340nm的波带。所述的纳米晶体量子点光纤，所述的半导体纳米晶体为以下之一(1)、PbSe量子点；(2)、CdSe量子点；(3)、CdTe量子点；(4)、CdS量子点。其中优选的半导体纳米晶体为PbSe量子点，所述的半导体纳米晶体的浓度为(0.6～3.0)×1024m-3；所述的半导体纳米晶体直径为4.5～9nm。当选择的半导体纳米晶体为CdSe量子点时，所述的半导体纳米晶体的浓度为(0.6～3.0)×1024m-3；所述的半导体纳米晶体直径为1.9～6.7nm。一种纳米晶体量子点光纤放大器，包括泵浦光源、输入光纤耦合器、量子点光纤、输出光纤耦合器，所述的量子点光纤采用半导体纳米晶体作为掺杂物，所述的半导体纳米晶体的浓度为(0.6～5.0)×1024m-3；该半导体纳米晶体直径为1.9～9nm，在可见和红外波段的辐射和吸收覆盖465～2340nm的波带，光纤长度为10～60米，光纤纤芯半径为2～6μm，纤芯与包层的折射率差为0.005～0.01，泵浦波长为400～2300nm，泵浦功率为10～200mW。进一步，可选用的半导体纳米晶体为以下之一(1)、PbSe量子点；(2)、CdTe量子点；(3)、CdSe量子点；(4)、CdS量子点。更进一步，优选PbSe量子点纳米晶体量子点光纤，所述的半导体纳米晶体的PbSe量子点浓度为(0.6～3.0)×1024m-3；所述的半导体纳米晶体直径为4.5～9nm；光纤长度为13.3～23.5米，光纤纤芯半径为3.1～5.1μm，纤芯与包层的折射差为0.0053～0.0073，泵浦波长为1433.7～1483.7nm，泵浦功率为25～75mW。在人工纳米晶体材料中，对通讯光纤而言，有的具备了良好的、甚或是理想的吸收和辐射谱。其中，PbSe、CdSe、CdTe和CdS等量子点的吸收和辐射谱几乎覆盖了从465-2340nm的宽广的波带。此外，在制备人工纳米晶体材料时，可通过人工调控纳米晶体的尺度来调控量子阱的宽度，从而达到调控吸收峰和辐射峰的波长位置以及谱的全宽半高(FWHM)。通过不同类型的掺杂或不同的尺度大小，还可整体移动吸收和辐射谱。采用掺半导体纳米晶体的量子点光纤，以及由该量子点光纤构成的量子点光纤放大器。所述的半导体纳米晶体优选以下之一(1)PbSe量子点；(2)CdSe量子点。所述的PbSe量子点纳米晶体具有如下特征之一(1)直径约4.5nm，辐射峰位于1200±100nm，第一吸收峰位于1100±100nm，辐射(吸收)谱全宽半高为100～200nm；(2)直径约5nm，辐射峰位于1400±100nm，第一吸收峰位于1310±100nm，辐射(吸收)谱全宽半高为100～200nm；(3)直径约5.5nm，辐射峰位于1630±100nm，第一吸收峰位于1550±100nm，辐射(吸收)谱全宽半高为100～200nm；(4)直径约7nm，辐射峰位于1810±100nm，第一吸收峰位于1750±100nm，辐射(吸收)谱全宽半高为100～200nm；(5)直径约8nm，辐射峰位于1950±100nm，第一吸收峰位于1900±100nm，辐射(吸收)谱全宽半高为100～200nm；(6)直径约9nm，辐射峰位于2340±100nm，第一吸收峰位于2300±100nm，辐射(吸收)谱全宽半高为100～200nm。所述的CdSe量子点纳米晶体具有如下特征之一(1)直径约1.9nm，辐射峰位于465±10mm，第一吸收峰位于445±10nm，分子量0.015mg/nmol；(2)直径约2.1nm，辐射峰位于500±10nm，第一吸收峰位于480±10nm，分子量0.021mg/nmol；(3)直径约2.4nm，辐射峰位于520±10nm，第一吸收峰位于510±10nm，分子量0.029mg/nmol；(4)直径约2.7nm，辐射峰位于545±10nm，第一吸收峰位于530±10nm，分子量0.042mg/nmol；(5)直径约3.2nm，辐射峰位于570±10nm，第一吸收峰位于560±10nm，分子量0.070mg/nmol；(6)直径约4.0nm，辐射峰位于595±10nm，第一吸收峰位于585±10nm，分子量0.13mg/nmol；(7)直径约5.2nm，辐射峰位于618±10nm，第一吸收峰位于610±10nm，分子量0.29mg/nmol；(8)直径约6.7nm，辐射峰位于640±10nm，第一吸收峰位于634±10nm，分子量0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米晶体量子点光纤，包括纤芯、包层，其特征在于：所述的光纤采用半导体纳米晶体作为掺杂物，所述的半导体纳米晶体的浓度为：（０．６～５．０）×１０↑［２４］ｍ↑［－３］；该半导体纳米晶体直径为１．９～９ｎｍ，在可见和红外波段的辐射和 吸收覆盖４６５～２３４０ｎｍ的波带。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：程成，
申请(专利权)人：浙江工业大学，程成，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]