專利名稱：一種可調(diào)諧量子點(diǎn)光纖激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種可調(diào)諧量子點(diǎn)光纖激光器，屬于光纖激光器領(lǐng)域，尤其涉及量子點(diǎn)光纖激光器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
稀土摻雜(例如鉺、銩、鐿等)的光纖放大器，由于其具有帶寬寬、增益高等特點(diǎn)， 使光纖放大器的性能得到了極大的提高。但是，常規(guī)稀土摻雜光纖激光器經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展之后，天然元素?fù)诫s的光纖放大器性能幾乎達(dá)到最優(yōu)化。隨著量子點(diǎn)材料迅速發(fā)展，有的人工材料已經(jīng)具備了良好的、甚至是理想的吸收和輻射性能，其中人工量子點(diǎn)如aiSe、CdSe, HgS,ZnS和CdS等的吸收和輻射譜幾乎覆蓋了從490-2300nm很寬的波帶。此外，在制備人工量子點(diǎn)材料時(shí)，基于量子點(diǎn)的小尺寸效應(yīng)和量子限制作用，可通過(guò)人為調(diào)控量子點(diǎn)的尺寸來(lái)調(diào)控量子點(diǎn)的光致發(fā)光光譜，從而達(dá)到調(diào)控輻射峰的峰值波長(zhǎng)位置的目的。通過(guò)不同類型的摻雜，還可整體移動(dòng)吸收和輻射譜等等。這些優(yōu)越特性是天然元素?zé)o法達(dá)到或無(wú)法具備的。因此，實(shí)現(xiàn)采用人工量子點(diǎn)材料的光纖放大器，是一個(gè)十分有研究?jī)r(jià)值的課題。可調(diào)諧量子點(diǎn)光纖激光在光纖通信、激光光譜學(xué)、激光生物、光量子學(xué)、納米科技和照明娛樂(lè)等方面具有非常廣泛的用途，同時(shí)也為下一代光學(xué)信息系統(tǒng)的研究奠定了基石。量子點(diǎn)是一種具有強(qiáng)三維量子限制效應(yīng)的典型低維體系，其在三個(gè)維度上都與電子德布羅意波相當(dāng)，使其載流子態(tài)密度呈現(xiàn)δ函數(shù)特性，能級(jí)結(jié)構(gòu)與原子分子類似的分立能級(jí)。新型的量子點(diǎn)自組織生長(zhǎng)技術(shù)，是在應(yīng)變外延生長(zhǎng)過(guò)程中，使所形成量子點(diǎn)材料的原子按照S-K模式自發(fā)成島的自組裝現(xiàn)象，可用于藍(lán)光和紫光半導(dǎo)體激光器。由于量子點(diǎn)的能級(jí)分立特性和量子點(diǎn)的量子限域效益和小尺寸效應(yīng)，其發(fā)射峰可以根據(jù)量子點(diǎn)尺寸進(jìn)行調(diào)諧，這一優(yōu)勢(shì)為使其成為產(chǎn)生可調(diào)諧全光譜的有效手段。量子點(diǎn)是一種有潛力的納米尺度半導(dǎo)體，具有寬的吸收光譜和較寬的發(fā)射光譜，并可通過(guò)其尺寸來(lái)調(diào)諧發(fā)光峰值波長(zhǎng)；量子點(diǎn)具有顯著的工藝優(yōu)點(diǎn)，與傳統(tǒng)的產(chǎn)生紅、綠、藍(lán)色熒光物質(zhì)相比，量子點(diǎn)制作溫度較低，制作時(shí)間也較短，特別是通過(guò)調(diào)諧量子點(diǎn)尺寸，可以控制其發(fā)射波長(zhǎng)。從量子點(diǎn)上取出一個(gè)電子，或?qū)⒁粋€(gè)電子放到量子點(diǎn)上，所需要的能量取決于量子點(diǎn)的大小和量子點(diǎn)上已有的電子數(shù)。量子點(diǎn)器件的工作依靠量子力學(xué)隧道效應(yīng)，由于電子隧道運(yùn)動(dòng)比漂移和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)快，因而量子點(diǎn)器件的性能比傳統(tǒng)器件好。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種可調(diào)諧量子點(diǎn)光纖激光器。該激光器能夠?qū)崿F(xiàn)可調(diào)諧激光輸出，而且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定等特點(diǎn)。本實(shí)用新型通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)由半導(dǎo)體激光器(1)、波分復(fù)用耦合器O)、 量子點(diǎn)摻雜光纖(3)、環(huán)形器0)、光纖光柵( 和激光輸出端(6)組成；波分復(fù)用耦合器 ⑵的信號(hào)輸入端接半導(dǎo)體激光器(1)，輸出端接量子點(diǎn)摻雜光纖(3)，量子點(diǎn)摻雜光纖(3)接環(huán)形器的反射端，環(huán)形器的透射端接光纖光柵(5)，光纖光柵( 透射端接激光輸出端(6)；所述的一種可調(diào)諧量子點(diǎn)光纖激光器，其特征在于摻雜進(jìn)光纖的量子點(diǎn)為核-殼結(jié)構(gòu)的CdSe/a^e或CcKe/ZnS或CcKe/CdS或CdS/ZnS或CdS/HgS的量子點(diǎn)，量子點(diǎn)的大小范圍為2nm-6nm。所述的一種可調(diào)諧量子點(diǎn)光纖激光器，其特征在于使用光纖光柵作為反射腔鏡組成光纖激光器的環(huán)形諧振腔，結(jié)合腔內(nèi)泵浦光源激發(fā)量子點(diǎn)光纖發(fā)射特定顏色光，多次反饋之后形成激光輸出。所述的一種可調(diào)諧量子點(diǎn)光纖激光器，其特征在于所述的光纖光柵是滿足諧振波長(zhǎng)的各種典型波長(zhǎng)光纖布拉格光柵構(gòu)成的寬帶布拉格反射器，或者是啁啾光纖光柵。本實(shí)用新型的工作原理是半導(dǎo)體藍(lán)光激光器發(fā)出的藍(lán)光作為泵浦光通過(guò)波分復(fù)用器耦合入射到作為增益介質(zhì)的量子點(diǎn)摻雜光纖，受到藍(lán)光藍(lán)光激發(fā)，量子點(diǎn)能產(chǎn)生光致發(fā)光現(xiàn)象，光致發(fā)光的波長(zhǎng)與量子點(diǎn)材料和量子點(diǎn)尺寸相關(guān)，如采用核殼結(jié)構(gòu)的Cdk/ZnS 或Cdk/CdS或CdS/ZnS或CdS/HgS等量子點(diǎn)，其被藍(lán)光激發(fā)時(shí)，其光致發(fā)光光譜可根據(jù)量子點(diǎn)的尺寸可在整個(gè)可見(jiàn)光區(qū)進(jìn)行調(diào)諧；并且，由于量子點(diǎn)的分立能級(jí)特性，其光致發(fā)光半寬度非常窄，一般不超過(guò)20nm，通常情況下平均半寬度為IOnm左右，因此，可以通過(guò)選擇適當(dāng)材料和尺寸的量子點(diǎn)摻進(jìn)光纖，該光纖可以是單模/多模石英光纖或聚合物光纖，也可以是光子晶體光纖，便可以實(shí)現(xiàn)一定中心波長(zhǎng)的窄線寬發(fā)射光。這些光致發(fā)光被由兩組光纖光柵(該光纖光柵是滿足諧振波長(zhǎng)的各種典型波長(zhǎng)光纖布拉格光柵構(gòu)成的寬帶布拉格反射器，也可采用啁啾光纖光柵)組成的環(huán)形諧振腔多次反射和增益，達(dá)到閾值后，由透射端實(shí)現(xiàn)窄線寬激光輸出。通過(guò)調(diào)節(jié)量子點(diǎn)的尺寸，并且光纖光柵組中有諧振波長(zhǎng)為該出射激光波長(zhǎng)的光纖光柵，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)出射激光的可調(diào)諧性。

圖1是本實(shí)用新型的一種可調(diào)諧量子點(diǎn)光纖激光器的示意圖；圖2是本實(shí)用新型的不同尺寸量子點(diǎn)被藍(lán)光激發(fā)時(shí)的光譜圖；圖3是本實(shí)用新型的摻雜大小為4. Onm的核-殼結(jié)構(gòu)CdSe/S^e量子點(diǎn)后的光纖激光器輸出激光光譜圖。
具體實(shí)施方式
參照?qǐng)D1，本實(shí)用新型所述的一種可調(diào)諧量子點(diǎn)光纖激光器由半導(dǎo)體激光器(1)、 波分復(fù)用耦合器O)、量子點(diǎn)摻雜光纖(3)、環(huán)形器G)、光纖光柵(5)和激光輸出端(6)組成；波分復(fù)用耦合器的信號(hào)輸入端接光纖光柵，泵浦輸入端接半導(dǎo)體藍(lán)光激光器，輸出端接量子點(diǎn)摻雜光纖，量子點(diǎn)摻雜光纖再接環(huán)形器的反射端，透射端為激光輸出端。其中量子點(diǎn)摻雜光纖中的量子點(diǎn)采用核-殼結(jié)構(gòu)的CdSe/a^e量子點(diǎn)，量子點(diǎn)的大小為4nm。光纖光柵是滿足諧振波長(zhǎng)的典型波長(zhǎng)光纖布拉格光柵構(gòu)成的寬帶布拉格反射器。圖2描述的是不同尺寸核殼結(jié)構(gòu)的CdSe/a^e量子點(diǎn)受藍(lán)光激發(fā)時(shí)的光致發(fā)光光譜圖。從圖中可以看出，如被藍(lán)光激發(fā)時(shí)，核-殼結(jié)構(gòu)的CdSe/ZnSe量子點(diǎn)在大小為2. 2,2. 7,3. 2,3. 4,3. 7,3. 8,4. 0 和4. 8nm時(shí)分別發(fā)射峰值波長(zhǎng)分別位于510、540、555、580、585、590、595和620nm。圖4是本實(shí)例選用大小為4. Onm的核-殼結(jié)構(gòu)CdSe/a^e量子點(diǎn)摻雜進(jìn)普通單模石英光纖，經(jīng)過(guò)藍(lán)光半導(dǎo)體激光器激發(fā)后，產(chǎn)生595nm的橙紅光，經(jīng)過(guò)環(huán)形器和光纖光柵的反射、增益和選頻作用下，輸出的光譜圖。
權(quán)利要求1.一種可調(diào)諧量子點(diǎn)光纖激光器，由半導(dǎo)體激光器(1)、波分復(fù)用耦合器O)、量子點(diǎn)摻雜光纖(3)、環(huán)形器G)、光纖光柵( 和激光輸出端(6)組成；波分復(fù)用耦合器( 的信號(hào)輸入端接半導(dǎo)體激光器(1)，輸出端接量子點(diǎn)摻雜光纖(3)，量子點(diǎn)摻雜光纖C3)接環(huán)形器的反射端，環(huán)形器的透射端接光纖光柵(5)，光纖光柵( 透射端接激光輸出端 (6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可調(diào)諧量子點(diǎn)光纖激光器，其特征在于摻雜進(jìn)光纖的量子點(diǎn)為核-殼結(jié)構(gòu)的CdSe/a^e或CcKe/ZnS或CcKe/CdS或CdS/ZnS或CdS/HgS的量子點(diǎn)，量子點(diǎn)的大小范圍為2nm-6nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可調(diào)諧量子點(diǎn)光纖激光器，其特征在于使用光纖光柵作為反射腔鏡組成光纖激光器的環(huán)形諧振腔，結(jié)合腔內(nèi)泵浦光源激發(fā)量子點(diǎn)光纖發(fā)射特定顏色光，多次反饋之后形成激光輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可調(diào)諧量子點(diǎn)光纖激光器，其特征在于所述的光纖光柵是滿足諧振波長(zhǎng)的各種典型波長(zhǎng)光纖布拉格光柵構(gòu)成的寬帶布拉格反射器，或者是啁啾光纖光柵。
專利摘要一種可調(diào)諧量子點(diǎn)光纖激光器，由半導(dǎo)體激光器(1)、波分復(fù)用耦合器(2)、量子點(diǎn)摻雜光纖(3)、環(huán)形器(4)、光纖光柵(5)和激光輸出端(6)組成；波分復(fù)用耦合器(2)的信號(hào)輸入端接半導(dǎo)體激光器(1)，輸出端接量子點(diǎn)摻雜光纖(3)，量子點(diǎn)摻雜光纖(3)接環(huán)形器(4)的反射端，環(huán)形器(4)的透射端接光纖光柵(5)，光纖光柵(5)透射端接激光輸出端(6)；本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制造，可廣泛用于光纖技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H01S3/067GK201985423SQ20112008578
公開(kāi)日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2011年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月25日
發(fā)明者葉蘭芝, 周占春, 沈天禛, 沈常宇, 牟晟, 王科, 蔣曄婷, 鐘川 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量學(xué)院