本实用新型专利技术提供了一种基于半导体量子点的光脉冲自相似放大装置，属于光纤通讯技术领域。包括光脉冲源、泵浦源、光耦合器、光展宽器、半导体量子点、光压缩器、输出光束；所述光脉冲源、所述泵浦源的输出连接至所述光耦合器的输入，所述光耦合器的输出与所述光展宽器的输入连接、所述光展宽器的输出连接所述半导体量子点的输入、所述半导体量子点的输出与所述光压缩器的输入连接，所述光压缩器的输出即为自相似放大光脉冲。本实用新型专利技术具有能够提高光脉冲的能量及质量等优点。的能量及质量等优点。的能量及质量等优点。
【技术实现步骤摘要】
一种基于半导体量子点的光脉冲自相似放大装置
[0001]本技术属于光纤通信
，涉及一种光脉冲自相似放大装置，具体涉及一种利用半导体量子点波导实现光脉冲自相似放大的装置。
技术介绍
[0002]近年来，产生和传输高能量、具有严格线性啁啾特性的光脉冲是光纤通信领域的研究热点之一。为了进一步提高输出的单脉冲能量，可以在光纤放大器中利用非线性光谱展宽作为实现皮秒脉冲到飞秒脉冲的压缩。然而，光脉冲在进行非线性放大的过程中，自相位调制(SPM)效应会引入无法压缩的非线性啁啾，严重降低了输出脉冲的质量。
[0003]光脉冲自相似放大能够很好地解决光脉冲放大过程中的非线性啁啾问题，可以得到高强度、高质量的光脉冲。光脉冲自相似放大是由于光纤的非线性特性作用所产生的一种渐进型脉冲，此脉冲的能量能够被显著放大，而且具有很强的线性啁啾。特别地，由于光脉冲自相似放大的特性只与入射脉冲的初始能量和光纤参数有关，而与入射脉冲的形状无关，因此，光脉冲自相似放大能有效的提高输出脉冲的功率。另外，在高功率传输时，自相似光脉冲还具有抵御光波分裂的能力。正因为自相似光脉冲具有上述优点，光脉冲自相似放大对于光纤通信的发展具有重要的应用意义和价值。
[0004]2000年，文献(Fermann M E,Kruglov V I,Thomsen B C,et al.Self
‑
Similar Propagation and Amplification of Parabolic Pulses in Optical Fibers[J].Physical Review Letters,2000,84(26):6010
‑
6013)对自相似放大理论进行了详细的阐释和实验验证，他们将非抛物线型脉冲在掺Yb
3+
的正色散增益光纤中放大得到了抛物线型脉冲输出，并且论证了其在传输中脉冲形状不会发生改变，同时时域脉冲宽度和峰值功率会随着传输距离的增加而增加，不断积累容易被补偿的线性啁啾，自相似光脉冲实现30分贝的放大倍数所用掺Yb
3+
增益光纤长度为3.6m。
[0005]2007年，Papadopoulos D N等人在大模场双包层光子晶体光纤中实现了自相似脉冲放大，得到了11.5W，29nJ，63fs的近变换极限脉冲，但其所用光子晶体光纤长度高达6.5m(Papadopoulos D N,Zaouter Y,Hanna M,et al.Generation of 63 fs 4.1 MW peak power pulses from a parabolic fiber amplifier operated beyond the gain bandwidth limit[J].Optics Letters,2007,32(17):2520
‑
2.)。
[0006]2018年，天津大学研究组建立紧凑型的自相似光脉冲放大模型，最终在2米掺Yb
3+
短光纤中实现了快速自相似演化，得到66fs、平均功率为6.1W的近变换极限脉冲(Song Huanyu,Liu Bowen,Chen Wei,et al.Femtosecond laser pulse generation with self
‑
similar amplification of picosecond laser pulses[J].Optics express,2018,26(20))。
[0007]综上所述，目前对自相似光脉冲放大的装置及技术如图1所示，采用掺镱光纤作为增益介质实施光脉冲的自相似放大。然而，这种光脉冲自相似放大系统为了给自相似演化提供足够长的演化距离，一般需要较长的掺镱光纤作为增益介质，这就一方面需要更多的
掺镱光纤材料，增大了生产耗材和成本；另一方面导致更容易产生受激拉曼效应，从而限制光脉冲自相似放大的输出能量。
技术实现思路
[0008]本技术的目的是针对光脉冲自相似放大现有技术存在的需要较长增益介质的问题，提出一种基于半导体量子点波导的光脉冲自相似放大装置，由量子点产生的非线性与渐变型半导体波导的三阶非线性相互抵消，可使得半导体波导的有效五阶非线性系数为负值，从而可在半导体量子点播到中实现高强度超短脉冲。本技术所要解决的技术问题是以更短的增益介质长度实现更大的光脉冲自相似放大倍数，且进一步提高光脉冲的能量及质量。
[0009]本技术的目的可通过下列技术方案来实现：一种基于半导体量子点的光脉冲自相似放大装置，其特征在于：包括光脉冲源、泵浦源、光耦合器、光展宽器、半导体量子点、光压缩器、输出光束；
[0010]所述光脉冲源、所述泵浦源的输出连接至所述光耦合器的输入，所述光耦合器的输出与所述光展宽器的输入连接、所述光展宽器的输出连接所述半导体量子点的输入、所述半导体量子点的输出与所述光压缩器的输入连接，所述光压缩器的输出即为自相似放大光脉冲；
[0011]所述光脉冲源为需要放大的信号光源、所述泵浦源为本光放大系统提供外部能量，所述光脉冲源与所述泵浦源的两光束通过所述光耦合器耦合为一个光束传递到由所述光展宽器、所述半导体量子点、所述光压缩器构成的光脉冲自相似放大装置中，所述输出光束即为所述光脉冲的自相似放大光脉冲。
[0012]进一步的，所述半导体量子点由环氧树脂、半导体波导、量子点构成，所述环氧树脂为所述半导体量子点外部封装，在输入、输出光束对应位置设置有通光孔，所述半导体波导由ZnSe材料构成，所述量子点由CdSe材料构成；
[0013]进一步的，所述半导体波导为1mm厚度的ZnSe平面半导体波导，所述量子点为在所述半导体波导中掺杂CdSe量子点得到，参杂浓度为N≈10
14
cm
‑3，可通过热激活过程的分子束外延生长方法来得到；
[0014]进一步的，所述光脉冲源的波长选择为500nm，所述量子点材料CdSe偶极矩阵元的典型值为|d
ge
|≈10
‑
28
Cm，CdSe原子偶极(反转)的横向γ
⊥
与纵向衰减率γ
||
的比值为2.5(即γ
⊥
＝2.5γ
||
)；
[0015]进一步的，在光脉冲源的波长为500nm时，ZnSe波导的折射率n0为2.7、高阶非线性效应的折射率的线性部分系数n1为0.1cm
‑2、三阶非线性系数n2为
‑7×
10
‑
14
cm2/W，有效五阶非线性系数n
4eff
为
‑
10
‑
22
cm4/W2，光脉冲频率与CdSe量子点共振频率的频率失谐量Δ≈10
13
s
‑1；
[0016]进一步的，在本技术所提装置中所述半导体波导厚度设置为1mm，所述光脉冲在垂直本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于半导体量子点的光脉冲自相似放大装置，其特征在于：包括光脉冲源(1)、泵浦源(2)、光耦合器(3)、光展宽器(4)、半导体量子点(5)、光压缩器(6)、输出光束(7)；所述光脉冲源(1)、所述泵浦源(2)的输出连接至所述光耦合器(3)的输入，所述光耦合器(3)的输出与所述光展宽器(4)的输入连接、所述光展宽器(4)的输出连接所述半导体量子点(5)的输入、所述半导体量子点(5)的输出与所述光压缩器(6)的输入连接，所述光压缩器(6)的输出即为自相似放大光脉冲；所述光脉冲源(1)为需要放大的信号光源、所述泵浦源(2)为本光放大系统提供外部能量，所述光脉冲源(1)与所述泵浦源(2)的两光束通过所述光耦合器(3)耦合为一个光束传递到由所述光展宽器(4)、所述半导体量子点(5)、所述光压缩器(6)构成的光脉冲自相似放大装置中，所述输出光束(7)即为所述光脉冲的自相似放大光脉冲。2.根据权利要求1所述一种基于半导体量子点的光脉冲自相似放大装置，其特征在于，所述半导体量子点(5)由环氧树脂(501)、半导体波导(502)、量子点(503)构成，所述环氧树脂(501)为所述半导体量子点(5)外部封装，在输入、输出光束(7)对应位置设置有通光孔，所述半导体波导(502)由ZnSe材料构成，所述量子点(503)由CdSe材料构成。3.根据权利要求2所述一种基于半导体量子点的光脉冲自相似放大装置，其特征在于，所述半导体波导(502)为1um厚度的ZnSe平面半导体波导(502)。4.根据权利要求2所述一种基于半导体量子点的光脉冲自相似放大装置，其特征在于，所述光脉冲源(1)的波长选择为500nm。5.根据权利要求2或3或4所述一种基于半导体量子点的光脉冲自相似放大装置，其特征在于，在光脉冲源(1)的波长为500nm时，ZnSe波导的折射率n0为2.7、高阶非线性...
【专利技术属性】
技术研发人员：何俊荣，王可畏，徐四六，段云秀，
申请(专利权)人：湖北科技学院，
类型：新型
国别省市：
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