近红外PbS量子点掺杂光子晶体光纤的光传输特性

制备了导光波带位于近红外1400～1650nm的硫化铅(PbS)量子点掺杂光子晶体光纤(QD-PCF)。测量了QD-PCF对980nm抽运光和1550nm信号光的吸收。在980nm激光激励下,测量了QD-PCF的光致荧光(PL)光谱,确定了1550nm中心波长处PL光强最强时的量子点掺杂浓度(质量分数)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,该多光强峰值现象与掺杂浓度有关。对比测量了QD-PCF和未掺杂PCF的带隙,表明量子点掺杂没有改变PCF的带隙分布。测量了QD-PCF的抽运激励阈值和抽运饱和功率,其抽运阈值功率与QDF接近,抽运饱和功率大于QDF,这与QD-PCF有较大的光纤截面以及较高的量子点掺杂浓度有关。     

紫外胶固态纤芯PbSe量子点光纤制备及光谱测量

采用粒直径为4.4 nm的Pb Se量子点及紫外(UV)固化胶,制备了掺杂质量浓度为0.1~6.0 mg/m L、不同长度的固态纤芯量子点光纤。通过测量量子点光纤吸收谱,确定了量子点光纤980 nm波长随掺杂浓度和光纤长度变化的吸收截面。测量了量子点光纤的光致荧光(PL)谱,其峰值光强随掺杂浓度和光纤长度变化,存在一个与最大峰值强度对应的掺杂浓度和光纤长度。实验结果有助于对Pb Se量子点光纤放大器和激光器的进一步研究。     

较高掺杂浓度下CdSe/ZnS量子点光纤光致荧光光谱

制备了一种较高浓度掺杂的CdSe/ZnS量子点掺杂光纤.测量了不同掺杂浓度和不同光纤长度下的量子点光纤光致荧光光谱,得剑了荧光峰值增益最大时的量子点掺杂浓度和光纤长度.与低浓度掺杂光纤相比,较高掺杂浓度光纤中的荧光峰值光强明显提高.荧光峰值光强随光纤长度的变化在短距离内(L<1 cm)急剧上升,之后缓慢均匀下降.波长473 nm激励光强随光纤}乏度的变化呈指数形式衰减,消光系数为0.26～1.02 cm-1.在给定激励光强和激励波长的条件下,光纤中可达到最大荧光辐射的晕子点总数为一恒量.光纤中的荧光峰值波长存在红移,红移大小约8～15 nm,红移量与掺杂浓度以及光纤长度有关.这些实验结果可为今后量子点光纤放大器的研制提供参考.     

CdS_xSe_(1-x)/ZnS(核/壳)量子点的光谱截面及其掺杂光纤的传光特性

测量了不同组份比例x的CdS_xSe_(1-x)/ZnS(核/壳)量子点的吸收谱和发射谱,确定了量子点的吸收系数、吸收截面和发射截面.量子点吸收截面随粒径的增大而增大、随x的增大而减小.采用紫外固化胶,制备了掺杂浓度为0.1~5mg/mL的CdS_(0.4)Se_(0.6)/ZnS量子点光纤,测量了不同掺杂浓度量子点光纤中473nm泵浦功率的吸收衰减速率.吸收衰减速率和吸收截面弱关联于掺杂浓度.测量了光致荧光光谱强度随光纤长度和量子点浓度的变化.量子点光纤的光致荧光峰值强度随掺杂浓度和光纤长度变化而变化,且存在一个与最大峰值强度对应的饱和掺杂浓度和光纤长度.本文的实验结果有助于进一步构建新型的CdS_xSe_(1-x)/ZnS量子点增益型光电子器件.     

PbSe量子点液芯光纤的温度效应

采用三能级系统的速率方程和功率传输方程并考虑温度对各项参数的影响,求解在不同的光纤长度和量子点掺杂浓度时,3.3nm PbSe量子点液芯光纤的发射光谱随温度的变化。发现当光纤长度不同时,随着温度的升高,光谱的峰值位置以相近的速率发生红移,光谱的峰值强度下降。对于较长的光纤,其光强随温度升高的衰减速率较大。当掺杂浓度不同时,随着温度的升高,光谱的峰值位置以相近的速率发生红移,峰值强度以相近的速率衰减。     

环形腔PbSe量子点单模光纤激光的计算机数值模拟

在PbSe/UV胶量子点光纤环形腔激光器实验的基础上,通过建立并数值求解粒子数速率方程和光功率传播方程等,对1550nm的激光输出特性进行了数值模拟。计算的抽运阈值功率、单/多模激光输出功率随抽运功率的变化、合适的PbSe掺杂浓度、单模激光功率随输出耦合比的变化等,与实验结果基本吻合。通过对PbSe量子点光纤中激光功率分布的研究,给出了粒子数密度的反转条件:N2/N1≥0.45,该条件可由1550nm波长处粒子数反转的吸收截面与辐射截面之比得到。研究了掺杂浓度对激光功率的影响,给出了合适的掺杂浓度范围。     

基于钠硼铝硅酸盐玻璃的PbSe量子点红外单模光纤激光

根据实验制备的钠硼铝硅酸盐PbSe量子点玻璃及其透射电子显微镜(TEM)图、吸收谱和发射谱,计算机数值模拟了以PbSe量子点作为激活增益介质的红外单模光纤激光。应用遗传算法,通过数值求解粒子数速率方程和激光谐振腔振荡方程,优化计算了量子点光纤激光器(QDFL)的最佳抽运波长、光纤长度、掺杂浓度及出射镜反射率。结果表明:饱和抽运功率为2 W,在1676nm激光波长处,QDFL最大输出功率可达1.36 W,抽运效率达68%。与通常的掺稀土离子(Yb3+、Er3+)的光纤激光器相比,QDFL具有抽运效率高、激励阈值低、掺杂密度可调、光纤饱和长度短等特点。由于量子点辐射波长的尺寸依赖特性,容易形成多波长激射或波长可调的新型激光器。     

高能量脉冲光纤激光器荧光特性

高能量脉冲激光器中,高强度的抽运光注入掺杂光纤后会部分转化为荧光,导致抽运效率的降低。基于铒掺杂光纤中铒离子的能级结构,分析了高能量脉冲光纤激光器中荧光的产生机理,采用非线性薛定谔(Nonlinear Schrdinger)方程和能级跃迁模型的速率方程,建立了高能量脉冲光纤激光器中荧光和抽运光的传输模型。通过此模型进行了数值仿真研究,首次深入分析了抽运光和荧光功率沿光纤轴向分布的变化规律,研究了荧光功率、抽运效率与光纤掺杂浓度的关系,并得出了抑制荧光产生、提高抽运效率的方法。数值结果表明:在铒掺杂光纤中,荧光和抽运光分别沿光纤的轴向近似呈指数规律衰减,且荧光的衰减速度比抽运光快;当抽运光功率一定时,铒掺杂光纤在980nm激光抽运下产生的荧光功率比1480nm激光抽运下的低,且980nm激光抽运下产生荧光的阈值比1480nm的高;抽运光功率一定时,铒掺杂光纤中产生的荧光功率随其掺杂浓度的增加而增加,而抽运效率随着掺杂浓度的增加而降低;衰减系数一定时,荧光沿掺铒光纤轴向的衰减速度随增益系数的增加而增加。理论分析的结论与参考文献中的实验结果吻合得很好。因此,为有效抑制荧光产生、提高抽运效率,应选择980nm的激光作为抽运光源,并在激光器的增益一定时尽量降低光纤的掺杂浓度,或者在一定的掺杂浓度下尽量提高增益系数。     

LPCVD自组织生长Si纳米量子点的发光机制分析

采用低压化学气相沉积 (LPCVD)方法 ,通过纯SiH4气体的表面热分解反应 ,在SiO2 表面上自组织生长了半球状Si纳米量子点 ,在室温条件下实验研究了其光致发光 (PL)特性 ,考察了PL效率与峰值能量随Si纳米量子点尺寸的变化关系。结果指出 ,当Si纳米量子点高度hc<5nm时 ,其PL效率基本保持不变。而当hc>5nm时 ,PL效率则急剧下降。同时 ,PL峰值能量随hc 的减少而增大 ,并与 (l/hc) 2 成正比依赖关系。如当hc 从 5 5nm减小至 0 8nm时 ,其峰值能量从 1 2 8eV增加到 1 4 3eV ,出现了约 0 15eV的谱峰蓝移。我们用量子限制效应 界面发光中心复合发光模型解释了这一实验结果     

生物相容性量子点的表征及其在细胞标记中的应用

利用无机低温水相合成法制备表面包覆L-半胱氨酸的CdTe/ZnTe核壳型量子点,测量不同溶液以及激发功率激光作用下该量子点的光谱特性。结果表明,该量子点吸收谱和荧光光谱峰值位置不随pH值变化,而荧光光强随pH值升高呈近似线性上升趋势;不同缓冲液对该量子点荧光光强无影响,但随孵育时间延长,荧光强度略有下降;在强激光照射下QDs会被快速光漂白,选择适当的激光功率(<100 μW),可降低漂白速率,实现长时间稳定测量。因此,该量子点具有较好的生物稳定性和光稳定性,将其与血铁蛋白相连形成靶向共轭纳米粒,可成功用于HeLa细胞标记。细胞内量子点光漂白实验表明,细胞微环境会影响量子点的光稳定性,加速量子点的光漂白。     

CdSe/ZnS量子点非饱和单模光纤激光器的数值建模

提出了一种新型的光纤激光器——量子点光纤激光器(QDFL).以CdSe/ZnS量子点作为激活增益介质,基于实验观测到的量子点的吸收和发射谱,建立了二能级系统的粒子数速率方程和光功率传播方程,并进行数值求解.应用遗传算法,以激光输出功率为目标函数,优化得到了QDFL的最佳掺杂浓度、光纤长度、出射镜反射率和抽运光波长.与传...     

CuInS2/ZnS量子点光纤发光性质的理论计算EI北大核心CSCD

在二能级系统近似下,对CuInS 2/ZnS量子点光纤的发光性质进行理论计算,得到在不同量子点荧光寿命、斯托克斯频移和吸收-发射截面时,量子点发光沿光纤的传输情况。结果表明,当3个参数一定时,量子点光纤的发光强度随着光纤长度的增加而增加,但最后都趋于饱和或有所下降。当光纤长度一定时,荧光寿命、斯托克斯频移和吸收-发射截面每变化原来数值的1倍,光纤发光的相对强度分别改变7.1,10.52和2.8,因此斯托克斯频移对光纤发光强度的影响最大,其次为荧光寿命,影响最小的是吸收-发射截面。但是对光谱峰值位置影响最大的是吸收-发射截面,在80 cm光纤中,截面每增加1倍,光谱红移5.36 nm。理论计算的发光强度随光纤长度的变化趋势符合文献中的实验数据。本文为量子点光纤中掺杂材料的选择提供了一种实用的方法。     

基于CdSe/ZnS核壳量子点薄膜的荧光温度传感器

设计了基于CdSe/ZnS核壳量子点薄膜发光谱温变特性的温度传感器。在30~160℃温度范围内,CdSe/ZnS核壳量子点的光致荧光(PL)谱随温度呈现规律性变化。温度升高时,PL谱自参考峰值强度减小、峰值波长增大、半峰全宽增大;而且PL谱自参考峰值强度、峰值波长和半峰全宽温变特性分别非常符合一次、一次和二次拟合函数关系,其对应的相关性指数R2均达到96.6%以上;PL谱峰值波长温变灵敏度达到0.06 nm/℃,分辨率约为0.1℃。同时,采用PL谱自参考峰值强度比单纯的PL谱峰值强度更具有温度测量稳定性和精确性。     

5 kW全光纤结构1018 nm激光合成

光纤激光同带抽运方案具有泵浦亮度高、量子亏损小等优势,有着巨大的功率提升潜力,是近年来国际上的研究热点。1018 nm光纤激光可作为高功率掺镱光纤激光器的高效同带抽运源,但是单个1018 nm光纤激光器输出功率有限,光束合成是突破这一局限的重要方案。基于19台单模1018 nm光纤激光器和一个191光纤功率合束器,搭建了一套全光纤结构激光合成系统,实现了5 kW的1018 nm合成激光输出。     

脉冲抽运掺镱脉冲光纤放大器理论研究

对主振荡功率放大器(MOPA)方式脉冲抽运双包层掺镱脉冲光纤放大器进行了理论研究,分析了放大中抽运脉冲、激光脉冲和拉曼斯托克斯光脉冲的相互作用过程.对增益光纤中上能级粒子数密度随抽运时间的变化进行了分析,求出了最佳抽运脉冲宽度.随着抽运功率的增加,放大过程中出现的受激拉曼效应(SRS)将抑制激光脉冲能量的增加,当采用最佳抽运功率时激光脉冲的能量可达到最大值.分析了光纤长度、纤芯直径对最佳抽运功率、激光脉冲和一级斯托克斯光脉冲的影响.结果表明,当最佳抽运功率时,采用纤芯较粗、长度较短的增益光纤,可以抑制受激拉曼效应,提高激光脉冲的能量与峰值功率.     

UV胶基底中IV-VI族PbSe纳晶量子点近红外光谱的吸收截面和辐射截面

测量了三种不同直径(4.5,5.0,5.6nm)的IV-VI族PbSe量子点的近红外吸收光谱,给出了吸收峰值波长随量子点直径变化的经验公式。用吸收光谱法,根据Lambert-Beer定律,测量了光谱的吸收截面峰值和吸收系数及其随波长和掺杂浓度的变化,发现吸收截面对掺杂浓度有弱相关性,得到了吸收截面随掺杂浓度变化的指数近似表达式。测量了量子点的荧光辐射谱,由McCumber关系和实测的吸收截面,确定了量子点光谱的辐射截面峰值及随波长的变化。这些光谱截面数据对PbSe量子点掺杂的增益型器件和传感器设计有重要的意义。     

1410 nm波段分布式光纤拉曼增益放大器的研究

讨论了分布式光纤拉曼增益放大器的工作原理,采用1320nm固体激光器作为抽运源,获得了1410nm波段附近的光放大,在单模GI光纤长度为23km时,初步研究了拉曼放大器增益与光纤作用长度的关系,抽运脉冲峰值功率分别为50W、30W时,光纤的有效作用长度分别为15．5km和10.5km;研究了在不同的光纤有效作用长度时,拉曼放大器增益与抽运功率的关系;从光纤拉曼光谱图估算了光纤拉曼放大器的光谱宽度为50nm或250cm^-1。     

S波段可调谐掺铒光纤激光器的实验研究

提出了一种结构简单的S波段环形腔可调谐光纤激光器.研究了输出功率随激光波长和抽运功率的变化关系以及激光器运转的稳定性.当抽运功率113 mW时,通过调节全光纤可调谐法布里珀罗滤波器,在1482.73～1520.75 nm范围内得到了稳定的激光输出,3 dB带宽小于0.03 nm.其中1487.70～1520.75 nm范围内输出功率大于5 dBm,边模抑制比大于60 dB.1499.02 nm处最大输出功率7.11 dBm,输出功率起伏小于0.04 dB.     

光纤放大器放大自发辐射特性与高温易损点位置

在高功率光纤放大器实验中,时常发现增益光纤抽运注入熔接点后10—50 cm处容易发生光纤烧毁现象.为了对该现象进行理论预测,基于光纤激光器速率方程模型和增益光纤的热传导模型,从种子功率、抽运功率和抽运吸收三个方面对掺镱双包层光纤放大器中的放大自发辐射(ASE)和温度特性进行研究.结果表明,在放大倍率较高、ASE较为严重等情况下,光纤放大器中的最高温度点一般不在抽运注入的熔接点处,而在距离熔接点10—50 cm处,与实验中发现光纤烧毁的位置基本符合.从光纤放大器的ASE抑制、最高温度点温度控制角度出发,对光纤放大器在种子功率、抽运功率、抽运吸收、放大倍率和抽运波长等方面的设计给出了指导性的建议.     

SESAM锁模全保偏光纤激光器重复频率的精确锁定

实验采用共振增强式非线性折射率调制技术实现了半导体可饱和吸收镜锁模全保偏掺镱光纤激光器重复频率的精确锁定。在掺镱光纤激光器的腔内加入一个980/1064nm的波分复用器(WDM)和一段掺铒增益光纤,通过反馈控制加载在该掺铒光纤上的976nm抽运光LD2功率调控掺铒光纤的非线性折射率,进而对激光器的光学腔长实施控制,最终实现重复频率的精确锁定。优化了不同掺铒光纤长度及抽运光初始功率对激光器重复频率控制范围和锁定精度的影响。结果表明:当掺铒光纤长度为1.75m时,通过调整抽运光功率能够实现180Hz的重复频率调整范围;而重复频率的锁定精度仅与抽运光的初始功率密切相关,并不受掺铒光纤长度的明显影响。当LD2抽运光强度为18mW时,重复频率峰-峰值的波动范围小于0.5mHz,相应的标准偏差为0.16mHz,输出功率的标准偏差为0.009mW。此外,通过反馈控制抽运源LD1的强度,并取掉了腔内的掺铒增益光纤及与其相连的WDM,发现由于共振增强非线性和克尔非线性对光纤折射率的叠加,在稳定的单脉冲锁模区间内,重复频率单调变化的范围增加至1kHz,而锁定精度略有降低。