PbSe量子点近红外光源的CH_4气体检测

研制了一种新型的PbSe量子点近红外光源,其光致发光谱较窄,能有效匹配气体的红外吸收峰。采用配位溶剂法合成出5.1 nm的PbSe量子点,并将其沉积到Ga N芯片上(沉积厚度为165.5μm),经过紫外光照处理和固化后制成了光致发光的近红外光源。该光源第一激子吸收峰位于1 592 nm,光致发光峰位于1 665 nm,其发射光谱包含了1 625~1 840 nm之间的CH_4气体的全部的吸收谱。利用其进行CH_4气体浓度检测实验,结果表明,系统的检测下限可以达到100×10~(-6),检测误差为2%。这种由PbSe量子点近红外光源构成的新型检测系统具有低功耗、低成本和高效能等优点,将其应用在气体检测中时可以略去滤光片,其在红外气体检测领域中有着较广阔的应用前景。     

PbSe量子点硅酸盐玻璃光纤的制备及光纤光致荧光光谱特性

对钠硼铝硅酸盐玻璃熔体进行拉丝,再经过退火热处理,制备得到光纤直径80~130μm的PbSe量子点玻璃裸光纤.透射电镜分析发现光纤中PbSe量子点的晶粒尺寸为4.2~5.5nm,掺杂体积比约1%.对量子点光纤的柔性进行了初步测试.以980nm泵浦激光作为激励源,用荧光光谱仪观测了量子点光纤的荧光发射谱.结果表明：合适的量子点光纤的退火条件跟块玻璃不同.当退火温度为500~600℃、热处理时间为5~10h时,观测到量子点光纤有强烈的荧光辐射,峰值波长位于1300~1450nm,半高全宽达200~330nm.光纤最佳退火温度为600℃、时间7.5h.本文得到的量子点玻璃光纤可进一步制备成玻璃基底的量子点光纤型增益器件光纤放大器、光纤激光器等.     

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2W,在1676 nm激光波长处,QDFL最大输出功率可达1.36W,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.     

集成电路芯片温度依赖的PbSe量子点PL光谱研究

制备了3.6,5.1和6.0 nm三种尺寸的胶体PbSe量子点,并对其光学特性进行实验研究。在室温条件下,实验发现小尺寸胶体PbSe量子点的光致发光光谱随温度升高发生红移; 大尺寸胶体PbSe量子点的光致发光光谱随温度升高发生蓝移。以PbSe量子点温度依赖的光致发光光谱特性为基础,提出一种新型的集成电路芯片温度检测方法。这种新型的温度检测方法是将胶体PbSe量子点沉积在集成电路板表面,使用激光器发射出平行激光束,使芯片表面的胶体PbSe量子点层光致发光,通过红外光谱仪接收光致发光光谱,实现温度的检测;利用图像采集系统对芯片表面特定微小区域成像,实现微米尺度区域的温度检测。实验结果表明,测量精度为±3 ℃,其相对误差不大于5％。     

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。     

较高浓度PbSe量子点硅酸盐玻璃的制备及光学表征

采用高温熔融-热处理法,以ZnSe作为PbSe量子点的硒源,成功制备了较高浓度的PbSe量子点硅酸盐玻璃.透射电子显微镜(TEM)测试表明,量子点在玻璃基质中的体积比高达2％～4％,高于采用Se作为硒源时的掺杂体积比.X射线衍射(XRD)测试表明,PbSe量子点呈立方晶体结构.光致发光(PL)光谱测试表明,量子点有强烈的荧光发射,发光波长半峰全宽(FWHM)覆盖1400～2600 nm,其PL峰值强度和FWHM均大于以Se为硒源时的情形.以ZnSe代替Se作为PbSe量子点的硒源,可有效避免Se组分的高温挥发,同时,残余Zn形成的ZnO有利于玻璃中PbSe量子点的析晶,从而提高了PbSe量子点在玻璃中的含量.该PbSe量子点玻璃,可用来进一步制备成超带宽、高增益的红外光纤放大器.     

以UV胶为纤芯本底的CdSe/ZnS量子点光纤光致荧光光谱的传光特性

制备了一种以紫外（UV）固化胶为纤芯本底的CdSe/ZnS量子点掺杂光纤.通过测量不同掺杂浓度和光纤长度下的量子点光致荧光光谱,得到了荧光峰值强度与量子点掺杂光纤浓度和长度的关系,确定了UV胶纤芯本底下的量子点的吸收系数、合适的掺杂浓度和光纤长度.结果表明|UV胶在光纤中具有吸收小、收缩率低、与石英光纤包层折射率匹配、性能稳定等特点,是一种比较理想的实验室制备量子点光纤纤芯本底的材料.     

以UV胶为纤芯本底的CdSe/ZnS量子点光纤光致荧光光谱的传光特性

制备了一种以紫外（UV）固化胶为纤芯本底的CdSe/ZnS量子点掺杂光纤.通过测量不同掺杂浓度和光纤长度下的量子点光致荧光光谱,得到了荧光峰值强度与量子点掺杂光纤浓度和长度的关系,确定了UV胶纤芯本底下的量子点的吸收系数、合适的掺杂浓度和光纤长度.结果表明|UV胶在光纤中具有吸收小、收缩率低、与石英光纤包层折射率匹配、性能稳定等特点,是一种比较理想的实验室制备量子点光纤纤芯本底的材料.     

低浓度掺杂CdSe/ZnS量子点光纤光致荧光光谱特性研究

制备了一种半导体量子点CdSe/ZnS低浓度掺杂的光纤,测量了不同掺杂浓度和不同光纤长度下光纤出射端的光致荧光光谱,分析了掺杂光纤长度和浓度对量子点光纤荧光光谱特性的影响.结果表明,与掺入光纤前相比,光纤中的量子点荧光发射峰值波长出现红移.在掺杂光纤长度为1~20 cm和掺杂浓度为(0.33~2.5)×10－2mg/mL的实验范围内,红移量随着掺杂光纤长度的增加和掺杂浓度的提高而增大.对给定的激励功率,荧光发射峰值强度对应有一个最佳的量子点光纤长度.对于给定的量子点光纤长度,荧光发射峰值强度对应有一个最佳的量子点掺杂浓度.     

掺铒光纤吸收截面和辐射截面的简单估算方法

提出了一种利用损耗谱测试数据直接计算吸收和辐射截面的近似方法，并实际计算了一些掺铒光纤的截面特性。这对掺铒光纤放大器的理论分析和优化设计有着重要的意义。     

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.     

CdSe和ZnO量子点的拉曼光谱研究

本文介绍了用拉曼光谱研究CdSe和ZnO两种Ⅱ Ⅳ族量子点材料的结果,对拉曼峰进行了指认。观察到的光学声子峰位的移动被认为是由量子限制效应引起。     

量子点激子超辐射的条件和量子点集合的相干辐射

半导体量子点的激子超辐射出现的条件是本文激子超辐射的理论研究中的重点,我们的理论推导结果揭示要观测到半导体量子点的激子超辐射必须采用短于百飞秒的激发源。我们用ZnO单量子点观察到激子超辐射,同时测量和分析讨论了量子点集合的相干辐射性质,发现单量子点超辐射的二次方泵浦与辐射强度关系被大量量子点间的线性递增所掩盖。     

微腔中单量子点的受激辐射行为

研究了微腔中单模光场与一个三能级量子点相互作用系统.利用系统主方程作数值模拟计算微腔中单量子点的净受激辐射率随量子点和腔模耦合强度的变化,同时研究激光能级间衰减率γ23对净受激辐射率的影响.发现净受激辐射率随泵浦强度增大而呈现较快趋于饱和的曲线,这些饱和曲线随着耦合强度的增加又较快地趋于一个极值.而激光能级间衰减率γ23的增大使该激光的净受激辐射率的曲线组表现出相反的规律.     

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.     

基于近红外胶体量子点阵列和光谱重构算法检测多种化学物质的方法研究

在众多化学物质检测技术手段中,红外检测技术由于具有非破坏性、灵敏度高、检测速度快、准确性好等特点,广泛应用于化工、生物医学、食品安全等领域。量子点光谱仪是使用量子点代替光栅作为分光器件,结合阵列探测器及光谱重构算法实现光谱检测的新型微型光谱仪,具有体积小、成本低等优点。为了进一步提升现有量子点光谱仪和量子点器件检测化学物质的普适性,为微小型近红外分光器件研制提供有效技术途径,以危险化学品乙醇、化学战剂模拟剂甲基膦酸二甲酯、二氯甲烷为目标物,通过将多种量子点材料与紫外固化胶混合后沉积在RGB点阵模块并固化,制备了发射光谱波段为900～1 600 nm的近红外胶体量子点阵列。采用经验模态分解方法提取输入光谱的高频信号以减小随机噪声干扰,并基于最小二乘法建立了相应光谱重构算法。实验结果表明,近红外胶体量子点阵列制备方法简单,成本低、稳定性较好。具有144条光谱通道的近红外胶体量子点阵列实现的重构光谱分辨率可以达到4.861 nm,与标准吸收光谱相比,其特征峰最小偏差仅为0.043%。因此,使用近红外胶体量子点阵列结合光谱重构算法可以实现气态、液态目标物的光谱重构和检测识别。未来,通过增加阵列数量可有效提升重构光谱的光谱分辨率;通过增加所选量子点材料,还可以实现从紫外到红外波段范围内的光谱检测;通过优化检测光路和重构算法参数提高目标物检测信噪比。     

CdSeS量子点的光吸收谱亚结构和光致发光激发谱分析

用光致发光激发(PLE)谱分析吸收谱的亚结构。实验样品是共熔法制备的CdSeS量子点玻璃,量子点的生长时间分别为2h和4h,高分辨透射电子显微镜(HRTEM)分析得到样品中量子点的平均直径分别为3．6nm和3．8nm。在室温下对样品进行了光吸收谱和光致发光激发谱研究。光吸收谱显示了量子尺寸效应,光致发光激发谱中低能端有两个明显的峰。考虑价带简并以及电子与空穴之间的相互作用,通过理论分析和数值计算,得到1S3/2-1Se和2S3/2-1Se的跃迁能量及其随量子点半径的变化,由此确认光致发光激发谱中的两个峰分别为1S3/2-1Se和2S3/2-1Se跃迁。     

InAs 单量子点中级联辐射光子的关联测量

利用分子束外延生长InAs单量子点样品,温度为5 K时,测量了单量子点中单、双激子自发辐射的荧光(PL)光谱.研究了单、双激子发光强度随激发功率的变化及对应发光峰的偏振特性和精细结构劈裂.基于Hanbury-Brown Twiss(HBT) 实验,测量了单、双激子间发光光谱的关联函数,证实了其发光过程为级联发射过程. 关键词： InAs 单量子点 单、双激子 荧光光谱 级联辐射     

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。     

量子点腔系统中抽运诱导受激辐射与非谐振腔量子电动力学特性的研究

从量子点和腔相互作用的哈密顿量出发,利用包括非相干抽运,退相干项主方程,并结合量子回归定理,考虑相关初始条件,理论推导和数值计算相结合得出量子点多光子发射光谱精确数值结果.分析多光子发射光谱(费米子统计)和相应单光子情况(玻色子统计)时,得到依据费米子统计,退相干和热浴模型的多光子发射光谱同最近文献[22]量子点——微柱腔实验结果符合得非常好.结合理论和当前实验,显示了量子点腔系统中抽运诱导受激辐射和非谐振腔量子电动力学. 关键词： 量子点 微腔 受激辐射 发射光谱