PbSe纳米晶体量子点大模声光纤激光器的实验实现

摘要

近年来，半导体纳米晶体（量子点，QD）由于其独特的光学特性而发展迅速。相比于分子束外延自组织生长技术(MBE)，通过纳米化学法制备的纳米晶体量子点，制备技术简单、成本低廉。量子点的尺寸可做得很小(～1nm)，密度分布均一，极大地满足了实际光电子器件方面的应用要求。
　　我们在之前的工作中，对PbSe量子点的荧光辐射-吸收特性做过实验研究。基于实验测量的PbSe QD的荧光增益特性，通过数值模拟，发现在短波长泵浦光的激励下，PbSe QD可以产生受激辐射。
　　本文实验首次以PbSe QD作为增益介质构成全光纤环形腔光纤激光器。本文主要做了以下几方面工作:
　　(1)采用旋转蒸发法，实验室成功制备以紫外固化胶（UV胶）为本底的PbSe量子点溶液。采用透射电镜(TEM)、紫外可见近红外分光光度仪和荧光光谱仪等，对PbSe量子点溶液（UV胶为本底）中的PbSe量子点的尺寸、密度分布、吸收光谱和荧光发射谱进行了观测与分析。
　　(2)采用抽真空法，将事先配制好的不同浓度PbSe量子点溶液灌入空心光纤。在显微镜下观察，截取未见气泡部分，并使用紫外固化灯进行固化。进而制备成不同浓度不同长度的掺量子点光纤(QDF)。采用荧光光谱仪对不同长度和浓度下QDF的荧光光谱进行测量，进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)掺量子点光纤激光器(QDFL)的实验室搭建。谐振腔体结构是由QDF、光纤布拉格光栅(FBG)、光隔离器(ISO)、光纤耦合器及波分复用器(WDM)组成。
　　(4)采用功率计及近红外光谱仪对激光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、光纤长度及耦合比变化的结果。结果表明:以PbSe QD作为激光增益介质，构造的由QDF组成的全光纤环形谐振腔，采用980nmLD泵浦，首次实现了波长为1550nm的稳定的、连续的激光振荡。实验发现了产生激射的泵浦阈值。当泵浦功率低于阈值时，没有激射产生。当泵浦功率大于阈值功率时，激射功率随泵浦功率线性增大。采用光纤弯绕技术来消除高阶模，可获得单模激光输出。当入纤泵浦功率为68mW时，输出的单模激光功率为6.31mW，线宽约0.1nm，泵浦效率为9.3％。
　　由于本实验没有对设备参数进行优化，有可能通过优化设备参数（如掺杂浓度、光纤长度、泵浦功率和波长、输出耦合比等）进一步提高激光功率与量子点的许多参量有关。这些问题有待于今后进一步的理论与实验探究。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 半导体量子点材料

1．1．1 量子点的基本概念

1．1．2 量子点的量子效应

1．1．3 量子点的光学特性

1．1．4 量子点的制备

1．1．5 量子点的应用

1．2 光纤激光器简介

1．2．1 光纤激光器的分类

1．2．2 光纤激光器的特点与应用

1．2．3 光纤激光器的研究现状及发展方向

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

2．1．1 半导体PbSe量子点相关计算

2．1．2 半导体量子点胶体的配制

2．2 PbSe量子点性能的表征

2．2．1 透射电子显微镜(TEM)分析

2．2．2 近红外吸收谱分析

2．2．3 荧光发射(PL)谱分析

2．3 PbSe量子点对本底折射率的影响

2．4 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

3．1．1 实验准备

3．1．2 实验过程

3．2 量子点光纤放大特性分析

3．2．1 实验过程

3．2．2 实验结果与分析

3．3 本章小结

第四章 大模场掺PbSe量子点光纤激光器的实现

4．1 工作原理与实验装置

4．1．1 工作原理

4．1．2 实验装置简介

4．2 实验过程及结果分析

4．2．1 入纤功率的测定

4．2．2 泵浦光随光纤长度的变化

4．2．3 实验装置的连接

4．2．4 激光器输出功率与耦合比的关系

4．3 激光的模式选择

4．4 激光器光谱的测量

4．5 泵浦效率及阈值功率

4．5．1 泵浦功率测量

4．5．2 阈值功率测量

4．6 激光功率随光纤长度变化

4．7 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

硕士期间发表的论文