PbSe量子点宽带光纤通信放大器实验研究

摘要

近年来，人们对半导体量子点的研究发展迅速。有些量子点具备了良好的吸收光谱和发射光谱，比如，在制备量子点时，可以通过调控量子点的尺寸来控制它的带隙宽度，进而调控发射峰和吸收峰的波长位置以及发射谱的半高全宽(FWHM)。天然稀土元素是不具备这些独特的性质的，因此，以量子点作为增益介质，实现宽带光纤通信放大器是一个十分诱人的课题。
　　本文首次在实验上实现了以PbSe量子点作为增益介质构成的新型光纤放大器，主要做了以下四个方面的工作：
　　(1)通过振荡蒸发，以紫外固化胶(UV胶)作为本底，成功制备了PbSe量子点胶体。采用紫外可见近红外分光光度仪和荧光光谱仪等，对PbSe量子点胶体中PbSe量子点的吸收光谱和发射光谱进行了观测分析。
　　(2)采用抽真空的方法，将预先配制好的不同浓度PbSe量子点胶体灌到空心光纤里面。进而制备成不同浓度和不同长度的掺量子点光纤(QDF)。采用荧光光谱仪对不同浓度和长度下QDF的荧光光谱进行测量，从而确定荧光辐射强度与光纤长度和掺杂浓度之间的关系。
　　(3)掺量子点光纤放大器(QDFA)的实验装置搭建。QDFA由980/1310 nm波分复用器(WDM)、PbSe量子点光纤(QDF)、1310 nm双级光隔离器(ISO)组成。抽运源采用980 nm半导体激光器(LD)，信号源采用1310 nm SLED宽带光源。
　　(4)采用荧光光谱仪对放大器的输出功率进行测量，实验得到输出功率随泵浦功率、掺杂浓度、光纤长度变化的结果。由量子点光纤、波分复用器、隔离器、980 nm的LD等构建的全光纤量子点光纤放大器(QDFA)，在1250~1370 nm的带宽区间实现了信号光放大。对于纤芯直径50μm的光纤，实验发现抽运功率阈值为62 mW。当量子点掺杂浓度为4 mg/mL、掺杂光纤长度为4 cm时，可获得最大增益(~12 dB)，-1 dB平坦带宽达90 nm(1270~1360 nm)，-3 dB带宽为120 nm(1250~1370 nm)。QDFA的增益、带宽和噪声特性等与量子点掺杂浓度、光纤长度以及抽运功率有关。
　　光纤放大器的增益、带宽等关键技术参量与量子点的掺杂浓度、光纤长度、抽运功率、耦合效率等许多因素有关，本文没有对这些参量进行优化,参量优化的工作今后将进一步开展。本文实现的QDFA提供了一种新的、解决目前DWDM系统对光纤通信放大器日益增长的带宽需求的途径。

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第一章 绪 论

1.1 半导体量子点材料

1.2 光纤放大器

1.3 本文研究的主要内容

第二章 PbSe量子点特性研究

2.1 PbSe量子点胶体的制备

2.2 PbSe量子点胶体性能表征

2.3 本章小结

第三章 PbSe量子点掺杂光纤的制备与特性分析

3.1 量子点光纤的制备

3.2 量子点光纤特性研究

3.3 本章小结

第四章PbSe量子点宽带光纤通信放大器的实现

4.1 工作原理与实验装置

4.2 实验过程及结果分析

4.3 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 研究展望

参考文献

致谢

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