量子点光器件用pb掺杂硫系玻璃研究

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1、万方数据宁波大学硕士专业学位论文引言[1]英籍华人高锟，在1966年发表了论文《光频率介质纤维表面波导》，首次提出用光纤传输光信号来进行通信。从此，开创了光纤通信的时代，这是电信史上一次具有里程碑意义的革命。光纤通信具有频带宽通信容量大、传输距离长、重量轻、体积小、抗干扰性强、保密性强等优点。作为一门新兴技术，越来越多的科研人员参与并促进光纤通信技术的研究与发展。在信息化新时代，随着社会的不断进步，用户的需求也在不断提高。当下，大数据随着互联网时代已经迅速渗透到人们生活的各个角落，它需要信息传输系统更大的通信容量来传输

2、日渐增长的数据集。流量的飞速增加也就意味着需要大量光纤传输系统，因[2]此大数据时代的到来为光通信的发展带来新的机遇和挑战。光纤放大器是在光通信技[3-6][7]术中的一种关键部件，包括掺杂光纤放大器，拉曼光纤放大器，光纤布里渊放大[8,9]器等几类。目前光纤放大器的发展已经到了瓶颈时刻，此时一种新型光纤放大器-量子点光纤放大器应运而生。[10-12]量子点材料因具备了某些优于普通体相材料的光电特性能够很好地适用于光[13]通信技术。欲制备量子点光纤材料，需先制备量子点玻璃。目前，人们已经开展了大量基于氧化物玻璃中制备

3、量子点的研究工作，且取得了不错的研究成果。上世纪90[14][15,16]年代，美国的BorrelliNF等制备出一系列PbS（PbSe）量子点掺杂玻璃。HeoJ等也通过熔融法制备了PbS量子点玻璃，研究表明：随热处理时间的减小或温度的降[17][18]低吸收峰和发射峰出现蓝移，亦可用于光放大。韩国的LiuC以及Wundke也制备过PbS量子点玻璃，可实现近红外宽带的发光进而光放大，使其可用于光通信中的超宽带新型光纤放大器，展现了很好的应用前景。[19]然而在硫系玻璃中制备量子点的研究工作尚未见报道。硫系玻璃与这类硫属

4、量子点材料在材料本征天然匹配，且还拥有着非常优良的光学特性和半导体性能。若能制备出掺杂量子点的硫系玻璃，拥有着量子点和硫系玻璃的双重优良特性，定将给光通信领域注入新的生命力。本课题研究选择了Ge-S-Pb、Ge-Ga-S-Pb和Ge-Sb-S-Pb硫系玻璃，再经热处理以期制备出红外透明的量子点掺杂硫系玻璃陶瓷。目前人们对于硫系玻璃的析晶机理仍处于探索阶段。本文着重于分析PbS(Se)的引入对硫系玻璃的结构及基本物理性能的演变以及硫系玻璃的析晶行为和可控化析晶机理的研究。只有了解了析晶机理才能实现玻璃生成特定类型以及最佳

5、尺寸大小的晶体来满足实际的设计需要。也为今后量子点掺杂硫系玻璃的设计与制备提供实验依据和理论指导。1万方数据量子点光器件用Pb掺杂硫系玻璃研究第一章：绪论1.1量子点与光通信1.1.1量子点光纤放大器光纤通信中一个尤为关键的部件-光纤放大器,可以直接放大光信号，同时还具备高[2]增益、实时、低噪声、低损耗、全光放大、宽带、在线等优点。光纤放大器的使用，很大程度上解决了光纤衰减对光网络传输速率与距离限制的问题，开创了通信波段的波分复用，由此实现了超大容量、超高速、密集波分复用（DWDM）、超长距离的波分复用（WDM）、全

6、光传输等，光纤放大器的出现在光纤通信发展史上具有里程碑的意义。[2][4,6]光纤放大器可分为两种：一种是基于受激辐射机制的掺稀土元素光纤放大器；[20][7]另一种是基于非线性效应的光纤布里渊放大器、光纤拉曼放大器和光纤参量放大[13,21]器等。掺杂光纤放大器是利用在光纤中掺入稀土离子作为增益介质，在泵浦光的激发下能够对光信号进行放大。放大器的效果主要由所掺入的稀土元素决定的，基质材料组分对增益谱的形状也会有一定影响。目前掺铒光纤放大器技术最为成熟，它在光通信中应用最广，给光纤通信技术带来了巨大变革。但是天然稀土元

7、素的吸收谱和辐射谱波带和波长是无法改变的，掺天然稀土元素光纤放大器的平坦增益和带宽等关键指标目前已经到达极限，很难再有明显提高。而拉曼光纤放大器结构复杂，技术难度大，成本高。经人们多年的研究，掺天然稀土元素的光纤放大器以及光纤拉曼放大器的技术潜力已经穷尽，难以满足现阶段光通信发展要求。为此，人们不断在寻找新型的光纤放大器。值得注意的是，近些年来一种新型的低维半导体量子点材料崭露头角并迅速发展，并因拥有卓越的特性成为各国科研人员的研究热点。在光通信领域，人们发现某些量子[22,23]点材料具备优良的的吸收和辐射谱，其中人

8、工纳米晶体PbS、PbSe、CdS、CdSe和[23]CdTe等的吸收和辐射谱覆盖了490~2300nm较宽的波带。且制备时纳米晶体的尺寸可以控制，从而实现吸收和辐射峰的波长位置及半高全宽可调控。通过变换掺入量子点的类型或者尺寸，还能够引起吸收和辐射谱的整体移动，这些优势是稀土元素不具备也无法达到的。因此，量子点光纤放大器的出现将