[發(fā)明專利]一種摻雜PbSe量子點(diǎn)的光纖及其光纖放大器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710164563.4
• 申請日: 2007-12-07
• 公開（公告）號: CN101206281A
• 公開（公告）日: 2008-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程成
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G02B6/02
• 分類號: G02B6/02;G02F1/39;G02B6/42
• 代理公司: 杭州天正專利事務(wù)所有限公司
• 代理人: 黃美娟;袁木棋

一.技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種摻雜PbSe量子點(diǎn)的光纖，特別涉及一種多粒度摻雜PbSe量子點(diǎn)的光纖及其光纖通信放大器。

二.技術(shù)背景

在密集波分復(fù)用全光網(wǎng)通訊中，光纖放大器是一個(gè)關(guān)鍵器件。在多種光纖放大器中，摻天然稀土元素的光纖放大器，尤其是摻鉺光纖放大器(erbium-doped?fiber?amplifier，EDFA)，由于其具有帶寬較寬、增益較高、噪聲較低等特點(diǎn)，已經(jīng)成為主力光纖放大器。為了增加EDFA的帶寬和平坦增益，人們在纖芯中加進(jìn)了其它元素(例如鐿、銩等)，設(shè)計(jì)了雙通道、環(huán)形、雙向以及多級泵浦等許多不同的結(jié)構(gòu)，使帶復(fù)雜結(jié)構(gòu)的EDFA達(dá)到了相當(dāng)高的水平(帶寬～110nm，平坦增益～15dB，噪聲譜在整個(gè)波帶上為～4.5dB)。此外近年來，作為帶寬最寬的Raman光纖放大器也有了比較大的發(fā)展，甚至將EDFA與Raman光纖放大器結(jié)合起來。現(xiàn)在，人們已經(jīng)研制出帶寬約260nm(1240～1500nm)的Raman光纖放大器。這些帶寬等指標(biāo)，代表了目前國際上光纖放大器的最好水平，也基本反映了摻天然元素的光纖放大器的極限技術(shù)能力。

一直以來，人們想盡了許多辦法，企圖通過設(shè)計(jì)各種結(jié)構(gòu)(雙向、雙通道、多級泵浦)、改變摻雜成份(單摻雜、共摻雜)及摻雜比例等等，來提高放大器的帶寬和平坦增益。但是，由于天然元素輻射(吸收)譜的波長和波帶是固有和無法改變的，因此，盡管人們努力備至，但摻天然元素光纖放大器的帶寬和平坦增益等關(guān)鍵指標(biāo)似乎已經(jīng)到達(dá)極限，它的技術(shù)潛力實(shí)際已經(jīng)窮盡。

另一方面，值得注意的是近年來人工納米晶體材料(量子點(diǎn))發(fā)展迅速。量子點(diǎn)是準(zhǔn)零維納米材料，它由少量的原子構(gòu)成，又稱“人造原子”。量子點(diǎn)三個(gè)維度的尺寸都在幾十納米以下，其電子的能量在三個(gè)維度上都是量子化的，所以量子效應(yīng)特別明顯。量子點(diǎn)低的態(tài)密度、能級的尖銳化以及三維受限運(yùn)動，導(dǎo)致它具有類似原子的不連續(xù)電子能階結(jié)構(gòu)，使其電學(xué)性能和光學(xué)性能發(fā)生顯著變化。各種量子化效應(yīng)，諸如量子尺寸效應(yīng)、量子干涉效應(yīng)、量子隧穿效應(yīng)和庫侖阻塞效應(yīng)等都更加顯著。這也使得半導(dǎo)體量子點(diǎn)在生命科學(xué)、醫(yī)藥、磁介質(zhì)、單電子器件、存儲器以及各種光電器件等方面具有極為廣闊的應(yīng)用前景。

對于人工納米晶體量子點(diǎn)，人們首先想到的是能否用來做成量子點(diǎn)激光器。在國際上，已經(jīng)有了這方面的報(bào)道。例如，美國康奈爾(Cornell)大學(xué)與著名的美國Corning公司合作，實(shí)驗(yàn)證明在外延生長的III-V族元素的量子點(diǎn)存在光子激射。然而，由于制備的量子點(diǎn)本身的尺度比較大(≥10nm)，其約束能幾乎與平均熱動能相近，激射不穩(wěn)定，很難通過量子約束來控制激射波長。當(dāng)納晶體尺度較小時(shí)，量子點(diǎn)尺度的一個(gè)小變化就會影響輻射和吸收線寬的變化。這種非均勻展寬制約了光譜躍遷強(qiáng)度，導(dǎo)致量子點(diǎn)激射行為的蛻變，這是量子點(diǎn)激光器目前遇到的一個(gè)主要障礙。

然而，恰恰相反，量子點(diǎn)熱運(yùn)動導(dǎo)致的非均勻展寬卻給光泵浦放大器帶來好處。對于光纖通訊而言，希望有寬的、增益譜平坦的、每通道為獨(dú)立飽和的光纖放大器，量子點(diǎn)譜線的展寬正好可以滿足光纖通訊放大器的要求。對于在紅外通訊波帶，有許多可供選擇的不同種類的量子點(diǎn)。對于III-V族化合物，有窄隙半導(dǎo)體晶體InAs、InSb和GaSb等。此外，一些納米半金屬硫化汞(HgS、HgSe和HgTe)及其納米合金在紅外波帶也表現(xiàn)出輻射躍遷特性。在IV-VI族化合物中，有PbS和PbSe等納米晶體。最近，美國Evident?Technologies公司研制了PbSe、CdTe、CdSe和CdS等量子點(diǎn)，它們的吸收和輻射譜覆蓋了465～2340nm的寬廣的波帶，這在以前的技術(shù)中是做不到的。目前常用的量子點(diǎn)制備方式是分子束外延自組織生長。在自組織生長過程中，可以通過控制生長條件來控制納米晶體的生長尺度，使之產(chǎn)生不同波長位置的吸收峰、輻射峰以及不同的全寬半高(FWHM)。通過不同類型的摻雜或不同的尺度大小，還可整體移動吸收和輻射譜等等。這些優(yōu)越特性是天然元素不具備的。