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掺杂PbS量子点的光子晶体光纤的实验研究

2020-12-08阅读(566)

掺杂PbS量子点的光子晶体光纤的实验研究

论文摘要

光子晶体光纤（Photonic crystal fiber,PCFs）由于具有普通单模光纤不具备的独特的性质（如无截止波长的单模传输、良好的色散特性等）,近年来引起了人们的极大关注。半导体纳米晶体量子点（Quantum dots,QDs）由于其量子产率高、吸收-辐射光峰值波长以及工作波带可调等特点,近年来也被人广泛研究。利用PCFs独特的光学性质,采用量子点灌装方式,制备量子点掺杂的光子晶体光纤,研究其光学传输特性,从而为研制新型或性质独特的光纤器件提供依据,这是一个之前没有人开展,同时又很有意义的课题。本文实验首次制备了导光波带位于近红外、PbS量子点掺杂的光子晶体光纤（QD-PCF）。对QD-PCF在近红外14001650 nm的荧光传输损耗,光致荧光（PL）光谱问题,带隙等问题进行了实验研究。实验测量了QD-PCF对980 nm抽运光和1550 nm信号光的吸收。在980 nm激光激励下,测量了QD-PCF的PL光谱,确定了中心波长1550 nm处PL光强最强时的量子点掺杂浓度和光纤长度,发现其PL光强远大于普通单纤芯掺杂的量子点光纤（QDF）。实验发现QD-PCF的PL光强会出现间隔距离较短的多光强峰值,该多光强峰值现象跟掺杂浓度有关。对比测量了QD-PCF和未掺杂PCFs的带隙,表明量子点掺杂没有改变PCFs的带隙分布。测量了QD-PCF的抽运激励阈值和抽运饱和功率,其抽运阈值功率和QDF接近,抽运饱和功率大于QDF,原因和QD-PCF有较大的光纤截面以及较高的量子点掺杂浓度有关。本文制备的QD-PCF中的量子点均匀附着在PCFs孔管内壁,同时保留了PCFs原有的光子带隙结构,这给研究工作带来好处和便利。可以根据实验需要,通过调整量子点溶液的浓度来控制PCFs管壁上附着的量子点数密度,从而方便地选取最佳掺杂浓度。此外,量子点产生的PL在PCFs的导光波带内传输,传输损耗较小,增益较高。对进一步研究基于PCFs的近红外光纤增益型器件具有积极意义。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  •   1.1 光子晶体光纤
  •     1.1.1 光子晶体和光子晶体光纤的基本概念
  •     1.1.2 光子晶体光纤的理论分析
  •     1.1.3 光子晶体光纤的特点
  •     1.1.4 光子晶体光纤的制作
  •     1.1.5 光子晶体光纤的应用
  •   1.2 量子点
  •     1.2.1 量子点的基本概念
  •     1.2.2 量子点的特性
  •     1.2.3 量子点的制备
  •     1.2.4 量子点的应用
  •   1.3 本文研究的主要内容
  • 第二章 光子晶体光纤的理论分析
  •   2.1 平面波展开法
  •   2.2 有限差分时域法
  •   2.3 有效折射率模型
  •   2.4 本章小结
  • 第三章 PbS量子点掺杂的光子晶体光纤的制备
  •   3.1 PbS量子点溶液的制备
  •   3.2 PbS量子点的实验分析
  •     3.2.1 PbS量子点的吸收谱和PL谱测量
  •     3.2.2 PbS量子点能级分析
  •   3.3 掺杂PbS量子点的光子晶体光纤（QD-PCF）的制备
  •     3.3.1 实验装置介绍
  •     3.3.2 实验过程
  •   3.4 本章小结
  • 第四章 掺杂PbS量子点的光子晶体光纤的特性的实验研究
  •   4.1 实验器材介绍
  •   4.2 QD-PCF的吸收
  •   4.3 QD-PCF的峰值强度与PL谱分布
  •     4.3.1 QD-PCF的 PL峰值强度分布
  •     4.3.2 QD-PCF的 PL谱分布
  •     4.3.3 QD-PCF与 QDF的 PL谱比较
  •   4.4 QD-PCF的带隙
  •   4.5 QD-PCF的抽运功率阈值和饱和功率
  •   4.6 本章小结
  • 第五章 总结与展望
  •   5.1 总结
  •   5.2 研究展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 作者简介
  •   1 作者简历
  •   2 攻读硕士学位期间发表的学术论文
  •   3 参与的科研项目及获奖情况
  •   4 发明专利
  • 学位论文数据集

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 沈承昱

    导师: 程成

    关键词: 光子晶体光纤,量子点掺杂,带隙,光致荧光,吸收,阈值

    来源: 浙江工业大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,信息科技

    专业: 物理学,物理学,化学,无线电电子学

    单位: 浙江工业大学

    基金: 国家自然科学基金(No.61274124,61474100)

    分类号: TN253;O734

    DOI: 10.27463/d.cnki.gzgyu.2019.000432

    总页数: 57

    文件大小: 3127K

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