基于鈉硼鋁硅酸鹽玻璃的PbSe量子點紅外單模光纖激光的數(shù)值模擬.pdf

1、由于納米尺寸量子點中的電子和空穴在三維空間上的受限運動，其能帶和光學發(fā)射譜變得離散。因此，量子點表現(xiàn)出一些特殊的性質(zhì)，例如熒光輻射增強、具有更大的斯托克斯平移以及生物兼容性更好。這些性質(zhì)使得量子點在近年來被廣泛關(guān)注，并且在量子點激光器、量子點太陽能電池、高速全光邏輯器件以及量子點LED等的應用領(lǐng)域展示出了潛在的優(yōu)勢。在Ⅳ-Ⅵ族材料中，PbSe是其中一種量子點，其激子波爾半徑較大(～46nm)，因而具有量子局限性強、量子產(chǎn)率極高以及熒光發(fā)

2、射波長幾乎覆蓋整個近紅外波段(1000～2300nm)等的特點。
　　在本文中，細致的研究了PbSe量子點摻雜的光纖激光器(QDFL)。為了獲得合適的PbSe量子點的吸收截面，我們先用Matlab反向傳輸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和米氏散射理論預測了1240～2230nm波長范圍內(nèi)PbSe量子點的吸收。然后建立了一個PbSe量子點摻雜單模光纖激光器的計算動力學模型，利用遺傳算法對其泵浦波長、光纖長度、摻雜濃度和出射鏡反射率進行了優(yōu)化。實驗已經(jīng)報道了

3、鈉硼鋁硅酸鹽玻璃中的PbSe量子點在550攝氏度退火后，其吸收和發(fā)射峰值的波長分別為1566nm和1676nm。對于1566nm，我們利用σa（λ）=α（λ）/Np公式計算出它的吸收截面為2.98×10-20 m2。再進一步，根據(jù)200～1240nm波長范圍內(nèi)的已知數(shù)據(jù)，我們利用Matlab BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對1240～2230nm波長范圍內(nèi)PbSe量子點光纖激光器的折射率和吸收率進行了預測。利用這些預測值，我們計算了1566nm處的吸收截

4、面，其值為6.71×10-20 m2，這與根據(jù)實驗計算所得值在數(shù)量級上保持了一致。
　　基于高溫熔融法實驗和遺傳算法理論，本文還提出了PbSe量子點摻雜光纖激光器，并數(shù)值求解了其速率方程和線性諧振腔中的激光震蕩方程。泵浦波長λp、光纖長度L、摻雜濃度N和出射鏡反射率R2這些變量的值由遺傳算法確定。定義泵浦效率后，泵浦功率具有一個明顯的閾值(2W)。當泵浦功率高于2W后，1676nm輸出波長的激光器最大輸出功率達1.36W，泵浦效率

5、為68％。利用上述λp、L和R2變量，優(yōu)化摻雜濃度可以表示為Pm(N)=P0 exp(-Nth/(N+C))（這里Nth為摻雜濃度閾值，Pm為最大輸出功率，P0是輸出功率初始值）。從中可以看出當摻雜濃度N＜0.1×1021 m-3時，激光功率增加緩慢;當N增加至0.1×1021 m-3到5×1021 m-3之間時，激光功率呈指數(shù)增加;當N＞5×1021 m-3時，激光功率達到飽和。然而，光纖長度隨摻雜濃度的增加而減小，即，摻雜濃度越高，