CdSe、CdSe/ZnS和PbSe量子点光学特性研究及PbSe量子点光纤放大器预研

论文摘要

人工纳米晶体（量子点）由于其具有独特的量子效应，近年来在理论上和实验上都成为了热门研究课题，并在医学、光电子、生物技术等众多领域都已获得广泛的应用。本课题主要研究量子点（QDs）的光学特性以及QDs在光电子领域中应用的前期探索，把量子点掺杂入空心石英光纤制备成量子点光纤并进一步制备成量子点光纤放大器，对推动光通信领域的发展有着非常大的意义。本文主要做了该课题的前期研究工作。第一章首先回顾了光通信的发展从而提出掺量子点光纤放大器（QDFA）研究的必要性，并介绍了QDFA的基本工作原理及最新研究进展。第二章首先从量子力学角度定义了QDs，然后简要介绍了QDs的发展简史、结构、荧光光学特性、制备方法以及它在光电子器件方面的应用现状。第三章首先测量了第一吸收峰分别位于可见光波段、紫外波段及近红外波段的CdSe、CdSe／ZnS、PbSe三种QDs的吸收谱与发射谱，并研究了他们在不同溶剂中的稳定性与分散性。其次，在此基础上根据QDs的浓度、QDs的直径以及Beer-Lambert定律，分别确定了这三种QDs的吸收截面峰值，并研究了三种QDs对不同溶剂（本底）折射率的影响。第四章介绍了QDs掺杂本底的制备过程，对QDs掺杂入光纤给出了三种具体的实验方案及实验室制备QDs光纤的步骤及技术关键。第五章简要介绍了QDFA的应用领域，探讨了QDFA应用中可能出现的几个问题，包括QDFA的色散问题、可靠性问题等。最后对本文所做工作进行了总结。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 光纤通信的发展
• 1.2 全光网
• 1.3 光放大器
• 1.3.1 几种常见光放大器的简介
• 1.3.2 几种光放大器的比较
• 1.3.3 掺稀土元素光放大器在通信领域的现状
• 1.3.3.1 掺铒光纤放大器（EDFA）
• 1.3.3.2 L及S波段光放大器的发展
• 1.3.4 量子点光纤放大器的提出
• 1.4 QDFA的基本工作原理
• 1.4.1 量子点光纤放大器的基本原理
• 1.4.2 量子点光纤放大器的二能级模型
• 1.5 QDFA的研究进展
• 1.6 本文的研究内容
• 第二章 量子点概述
• 2.1 量子点的定义与发展简史
• 2.1.1 量子点的定义
• 2.1.2 量子点的发展简史
• 2.2 量子点的结构和荧光光学特性
• 2.2.1 量子点的结构
• 2.2.2 量子点的荧光光学特性
• 2.3 量子点的制备方法
• 2.4 量子点在光电子器件方面的应用
• 2.5 小结
• 第三章 量子点特性研究
• 3.1 量子点胶体的制备
• 3.1.1 量子点胶体浓度的计算
• 3.1.2 量子点胶体的配制
• 3.2 吸收谱与发射谱
• 3.2.1 溶剂（本底）的吸收光谱与荧光光谱
• 3.2.1.1 甲苯的紫外可见吸收光谱
• 3.2.1.2 光纤匹配液的吸收光谱与荧光光谱
• 3.2.2 吸收谱在可见光波段的CdSe与CdSe/ZnS量子点
• 3.2.2.1 核结构量子点CdSe的吸收谱与发射谱（溶剂为甲苯）
• 3.2.2.2 核结构量子点CdSe的吸收谱与发射谱（溶剂为光纤匹配液）
• 3.2.2.3 核/壳结构量子点CdSe/ZnS的吸收谱与发射谱（溶剂为甲苯）
• 3.2.2.4 CdSe（核）与CdSe/ZnS（核/壳）量子点的比较
• 3.2.3 吸收谱在近红外波段的PbSe量子点
• 3.2.3.1 PbSe量子点的近红外吸收光谱
• 3.2.3.2 PbSe量子点的近红外发射光谱
• 3.3 吸收截面峰值
• 3.3.1 CdSe（核）量子点
• 3.3.2 CdSe/ZnS（核/壳）量子点
• 3.3.3 PbSe（核）量子点
• 3.4 量子点对本底折射率的影响
• 3.4.1 本底（溶剂）的折射率
• 3.4.2 量子点胶体的折射率
• 3.4.3 量子点对本底折射率的影响
• 3.5 小结
• 第四章 量子点光纤的制备
• 4.1 PbSe量子点胶体的制备与研究
• 4.1.1 量子点掺杂本底的制备
• 4.1.2 PbSe量子点胶体的工艺研究
• 4.2 掺杂方法探索
• 4.2.1 抽真空法
• 4.2.2 注射法
• 4.2.3 毛细渗透法
• 4.3 量子点光纤的制备
• 4.4 小结
• 第五章 量子点光纤放大器（QDFA）的应用
• 5.1 量子点光纤放大器的应用领域
• 5.1.1 数字通信
• 5.1.2 用户接入网
• 5.1.3 光纤有线电视系统
• 5.1.4 波分复用（WDM）光纤通信系统
• 5.1.5 密集波分复用（DWDM）系统
• 5.1.6 光纤通信网
• 5.1.7 光孤子通信
• 5.2 量子点光纤放大器应用中的几个问题
• 5.2.1 量子点光纤放大器的可靠性问题
• 5.2.1.1 泵浦激光器寿命
• 5.2.1.2 掺量子点光纤寿命
• 5.2.1.3 光无源器件寿命
• 5.2.1.4 光纤放大器电模块的寿命
• 5.2.2 量子点光纤放大器的“浪涌”问题
• 5.2.3 量子点光纤放大器的色散问题
• 5.2.4 网管问题
• 5.2.5 线路维护问题
• 5.3 小结
• 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文及获得的奖励