[發(fā)明專利]一種基于半導(dǎo)體量子點的光脈沖自相似放大裝置

在審

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• 申請日: 2021-07-05
• 公開（公告）號: CN113328327A
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何俊榮;王可畏;徐四六;段云秀
• 申請（專利權(quán)）人: 湖北科技學(xué)院
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/082
• 代理公司: 咸寧鴻信專利代理事務(wù)所(普通合伙) 42249
• 代理人: 劉喜

1.一種基于半導(dǎo)體量子點的光脈沖自相似放大裝置，其特征在于：包括光脈沖源(1)、泵浦源(2)、光耦合器(3)、光展寬器(4)、半導(dǎo)體量子點(5)、光壓縮器(6)、輸出光束(7)；

所述光脈沖源(1)、所述泵浦源(2)的輸出連接至所述光耦合器(3)的輸入，所述光耦合器(3)的輸出與所述光展寬器(4)的輸入連接、所述光展寬器(4)的輸出連接所述半導(dǎo)體量子點(5)的輸入、所述半導(dǎo)體量子點(5)的輸出與所述光壓縮器(6)的輸入連接，所述光壓縮器(6)的輸出即為自相似放大光脈沖；

所述光脈沖源(1)為需要放大的信號光源、所述泵浦源(2)為本光放大系統(tǒng)提供外部能量，所述光脈沖源(1)與所述泵浦源(2)的兩光束通過所述光耦合器(3)耦合為一個光束傳遞到由所述光展寬器(4)、所述半導(dǎo)體量子點(5)、所述光壓縮器(6)構(gòu)成的光脈沖自相似放大裝置中，所述輸出光束(7)即為所述光脈沖的自相似放大光脈沖。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于半導(dǎo)體量子點的光脈沖自相似放大裝置，其特征在于，所述半導(dǎo)體量子點(5)由環(huán)氧樹脂(501)、半導(dǎo)體波導(dǎo)(502)、量子點(503)構(gòu)成，所述環(huán)氧樹脂(501)為所述半導(dǎo)體量子點(5)外部封裝，在輸入、輸出光束(7)對應(yīng)位置設(shè)置有通光孔，所述半導(dǎo)體波導(dǎo)(502)由ZnSe材料構(gòu)成，所述量子點(503)由CdSe材料構(gòu)成。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于半導(dǎo)體量子點的光脈沖自相似放大裝置，其特征在于，所述半導(dǎo)體波導(dǎo)(502)為1um厚度的ZnSe平面半導(dǎo)體波導(dǎo)(502)，所述量子點(503)為在所述半導(dǎo)體波導(dǎo)(502)中摻雜CdSe量子點(503)得到，參雜濃度為N≈10¹⁴cm^-3，可通過熱激活過程的分子束外延生長方法來得到。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于半導(dǎo)體量子點的光脈沖自相似放大裝置，其特征在于，所述光脈沖源(1)的波長選擇為500nm，所述量子點(503)材料CdSe偶極矩陣元的典型值為|d_ge|≈10^-28Cm，CdSe原子偶極的橫向γ_⊥與縱向衰減率γ_||的比值為2.5。

5.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述一種基于半導(dǎo)體量子點的光脈沖自相似放大裝置，其特征在于，在光脈沖源(1)的波長為500nm時，ZnSe波導(dǎo)的折射率n₀為2.7、高階非線性效應(yīng)的折射率的線性部分系數(shù)n₁為0.1cm^-2、三階非線性系數(shù)n₂為-7×10^-14cm²/W、五階非線性系數(shù)n4為,從而有效五階非線性系數(shù)n_4eff為10^-22cm⁴/W²，光脈沖頻率與CdSe量子點(503)共振頻率的頻率失諧量Δ≈10¹³s^-1。

6.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述一種基于半導(dǎo)體量子點的光脈沖自相似放大裝置，其特征在于，在本發(fā)明所提裝置中所述半導(dǎo)體波導(dǎo)(502)厚度設(shè)置為1μm，所述光脈沖在垂直方向受限，所述CdSe量子點(503)的壽命為100ps，CdSe原子偶極的縱向衰減率γ_⊥≈10¹⁰s^-1，從而滿足條件Δ＞＞γ_⊥。

7.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述一種基于半導(dǎo)體量子點的光脈沖自相似放大裝置，其特征在于，所述ZnSe波導(dǎo)的橫向比例參數(shù)w₀為34um，衍射長度L_D為3.7cm，所述光脈沖在所述半導(dǎo)體波導(dǎo)(502)中傳播一個衍射長度后，所述光脈沖放大倍數(shù)E滿足E²＞＞1。