半导体量子点掺杂的光纤

推荐语

稀土离子掺杂的光纤放大器的研究已经获得了很好的研究成果，因为其具有较高的增益和饱和输出功率，较低的噪声和较小的连接损耗等优点。但是，天然元素辐射和吸收光谱的波长和波段是固有和无法改变的。一个很好的解决这个问题的方法就是将稀土离子换成窄带隙量子点材料，从而实现发光波长可调谐。虽然量子点材料的荧光寿命短于稀土离子（以PbSe量子点为例，大约为250ns），但是其对激发光和信号光的吸收和辐射截面却是稀土离子的10⁵倍左右，这就为量子点材料成为新一代的光纤放大器的掺杂物质提供了理论依据。另外，也有研究表明量子点材料可以成为光学增益介质而且具有独特的性质，比如较宽的光学增益谱，较低的噪声和较高的饱和输出功率等。此外，研究人员在毛细管内灌装液体以形成传播性质良好的液体光波导形成液芯光纤，在对光的吸收以及荧光光谱的产生方面具有普通光纤所不能比拟的巨大优势。因此，将合成好的量子点材料溶于有机溶剂制作成量子点液芯光纤产生光的放大是一项有意义的研究工作。

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内容简介

本书首先介绍了半导体量子点、光纤以及量子点掺杂光纤的基本概念、基本原理、研究意义、研究现状以及在各个领域的应用。其次，利用胶体化学法合成PbSe 量子点并对其进行表征，然后将其灌装到空芯光纤中制作成量子点掺杂的液芯光纤，搭建实验光路，得到光纤末端出射光谱（光谱的峰值强度和峰值位置）随不同光纤参数、溶剂以及外界温度的变化情况。同时，建立理论模型，通过matlab软件模拟出光纤末端的出射光谱，及其强度和峰值位置随着上述参数的变化情况。通过理论与实验的对比分析得到光谱的变化趋势，并且详细解释了这些变化产生的原因。此外，研究了多激子态的产生及超短脉冲激发对于光纤中的光学增益的影响。最后，为了提高量子点光纤的发光强度，分别研究了以具有更高稳定性的PbSe/CdSe核壳量子点作为光纤掺杂剂时的光纤发光性质，和以具有更大斯托克斯位移和更长荧光寿命的CuInS₂/ZnS核壳量子点作为光纤掺杂剂时的光纤发光性质。

目录

绪论
1.1 光纤技术及其发展
1.2 液芯光纤
1.3 量子点材料
1.4 量子点掺杂的光纤

第二章 量子点光纤的基本理论
2.1 二能级系统的三种跃迁
2.2 PbSe量子点理论基础
2.3 CuInS2/ZnS量子点理论基础
2.4 光纤的传输理论

第三章 量子点材料的合成与表征
3.1 PbSe量子点的合成
3.2 CuInS2/ZnS核壳量子点的合成
3.3 量子点的表征方法

第四章 PbSe量子点光纤光谱的理论模拟
4.1 理论模型的建立
4.2 光纤长度依赖的辐射光谱
4.3 光纤直径依赖的辐射光谱
4.4 掺杂浓度依赖的辐射光谱
4.5 泵浦功率依赖的辐射光谱
4.6 理论与实验的对比

第五章 PbSe/CdSe核壳量子点光纤光谱的理论模拟
5.1 相关参数说明
5.2 增强的PbSe/CdSe核壳量子点光纤发光强度
5.3 量子点光纤发光的综合的尺寸效应
5.4 量子点光纤发光的俄歇复合效应

第六章 CuInS2/ZnS核壳量子点光纤光谱的理论模拟
6.1 理论模型的建立
6.2 相关参数说明
6.3 光纤长度依赖的辐射光谱
6.4 掺杂浓度依赖的辐射光谱
6.5 泵浦功率依赖的辐射光谱
6.6 与PbSe量子点光纤发光性质的对比

第七章 PbSe量子点液芯光纤的实验研究
7.1 PbSe量子点的吸收与发光光谱
7.2 PbSe量子点液芯光纤的制备
7.3 两种溶剂的对比
7.4 不同参数影响下的光谱性质
7.5 实验数据的理论模拟

第八章 PbSe量子点液芯光纤的温度效应
8.1 PbSe量子点液芯光纤温度特性实验设计   
8.2 PbSe量子点液芯光纤温度特性的实验研究
8.3 PbSe量子点液芯光纤温度特性的理论模拟