量子點(diǎn)光子晶體光纖光譜與激光特性的基礎(chǔ)研究.pdf

1、量子點(diǎn)和光子晶體光纖是目前處于國(guó)際研究前沿的兩種人造材料,前者體現(xiàn)了對(duì)電子能帶的控制作用,而后者則體現(xiàn)了對(duì)光子能帶的控制作用。本文旨在將量子點(diǎn)與光子晶體光纖結(jié)合,以便實(shí)現(xiàn)同時(shí)控制電子和光子,為研制新穎、高效新型光源和激光器等光子器件的實(shí)現(xiàn)提供新的可能。 本文從課題的目標(biāo)出發(fā),從材料制備入手研究制備稀土摻雜量子點(diǎn)、過(guò)渡金屬摻雜量子點(diǎn)、非摻雜量子點(diǎn)、核/殼結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)等多種量子點(diǎn)材料,探索實(shí)現(xiàn)在一定條件下通過(guò)調(diào)節(jié)顆粒尺寸和摻雜成份來(lái)實(shí)

2、現(xiàn)對(duì)量子點(diǎn)自發(fā)輻射進(jìn)行調(diào)控的方法。并在此基礎(chǔ)上,進(jìn)行量子點(diǎn)組裝到光子晶體光纖的實(shí)驗(yàn)和理論研究,以量子點(diǎn)組裝光子晶體光纖作為增益介質(zhì),對(duì)量子點(diǎn)組裝光子晶體光纖激光器理論和實(shí)驗(yàn)?zāi)M。 主要研究?jī)?nèi)容和成果包括： 1、首次利用微波輔助合成方法在水性介質(zhì)中制備了多種稀土摻雜量子點(diǎn),包括制備了在通訊波段自發(fā)輻射的ZnS:Er量子點(diǎn),ZnS:Er,Yb量子點(diǎn),PbS:Er量子點(diǎn),并對(duì)其光發(fā)射性能進(jìn)行研究。 2、應(yīng)用微波輔助合成

3、方法,利用水溶性前驅(qū)體材料在水性介質(zhì)中制備了ZnS:Cu量子點(diǎn),通過(guò)選擇成分含量可以對(duì)量子點(diǎn)的自發(fā)輻射進(jìn)行調(diào)控。并通過(guò)共摻雜Al離子提高了ZnS:Cu量子點(diǎn)的光發(fā)射性能。 3、應(yīng)用微波輔助合成方法,制備出ZnS:Pb和ZnS:Pb/ZnS量子點(diǎn),ZnS:Pb量子點(diǎn)在410nm至650nm波長(zhǎng)處有一個(gè)寬譜白光自發(fā)輻射,調(diào)節(jié)ZnS:Pb量子點(diǎn)顆粒尺寸,隨著[S3-]/[Zn2+]的值增加,ZnS:Pb量子點(diǎn)的發(fā)射光譜明顯紅移,因此認(rèn)

4、為由于量子效應(yīng)的影響導(dǎo)致發(fā)射光譜紅移,同樣的原因,ZnS:Pb/ZnS核/殼結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)在410nm至650nm波長(zhǎng)處有一個(gè)寬譜白光自發(fā)輻射。相比ZnS:Pb量子點(diǎn),自發(fā)輻射大幅度增強(qiáng),但ZnS:Pb/ZnS核/殼結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)出現(xiàn)紅移,實(shí)現(xiàn)了利用量子效應(yīng)通過(guò)選擇顆粒尺寸對(duì)量子點(diǎn)的自發(fā)輻射進(jìn)行調(diào)控；制備出ZnS:Er/ZnS量子點(diǎn),得到ZnS:Er/ZnS量子點(diǎn)在1550nm波長(zhǎng)處增強(qiáng)的寬譜自發(fā)輻射。 4、在水性介質(zhì)中制備了非支撐的P

5、bS量子點(diǎn),并對(duì)PMMA聚合物矩陣中PbS量子點(diǎn)的紅外光譜性質(zhì)進(jìn)行了研究。得到PbS量子點(diǎn)從波長(zhǎng)900nm到1500nm波長(zhǎng)的寬譜發(fā)射,發(fā)射峰位于1179nm波長(zhǎng)。隨著聚合物矩陣中PbS量子點(diǎn)濃度的增加發(fā)射強(qiáng)度增加。 5、實(shí)現(xiàn)了光子晶體光纖中選擇性長(zhǎng)距離組裝量子點(diǎn),并發(fā)現(xiàn)微區(qū)范圍內(nèi)量子點(diǎn)具有良好的附著性能。首次利用平面波展開(kāi)方法和有限元方法對(duì)量子點(diǎn)組裝光子晶體光纖進(jìn)行數(shù)值模擬,研究量子點(diǎn)組裝后光子晶體光纖中光子帶隙的變化,發(fā)現(xiàn)在

6、量子點(diǎn)層折射率變化時(shí),光纖傳導(dǎo)受到光子空氣纖芯模式引導(dǎo)和高折射率表面模式引導(dǎo)兩種模式的影響,并發(fā)現(xiàn)兩個(gè)低損耗區(qū)域。利用超連續(xù)光源對(duì)量子點(diǎn)組裝光子晶體光纖的導(dǎo)波性能進(jìn)行研究。發(fā)現(xiàn)幾種具有相似結(jié)構(gòu)的光子晶體光纖在1560nm波長(zhǎng)附近可以透過(guò),且結(jié)構(gòu)均勻性好、對(duì)稱(chēng)性高與理論結(jié)構(gòu)相似的樣品,其結(jié)構(gòu)與理論模擬結(jié)果吻合較好。 6、利用量子點(diǎn)組裝光子晶體光纖作為增益介質(zhì),構(gòu)建線形結(jié)構(gòu)諧振腔的激光器模型,得到在980nm波長(zhǎng)泵浦條件下,泵浦光子