CdSe/ZnS(核/壳)纳米晶体量子点单模光纤激光的数值建模

摘要

近年来,半导体纳米材料(量子点)迅速发展,其独特的光学特性引起了人们极大的关注。作为量子点在激光方面的一个应用,越来越多的研究表明,量子点可以产生光学增益甚至受激辐射。
　　 本论文提出了一种以CdSe/ZnS(核/壳)纳米晶体量子点为增益介质的光纤型单模激光器(QDFL)。主要内容如下:
　　 (1)讨论了CdSe/ZnS量子点的光学特性;研究了QDFL的结构与工作原理;基于实验观测到的量子点的吸收光谱和发射光谱,对CdSe/ZnSQDFL建立了二能级系统的粒子数速率方程和光功率传播方程。
　　 (2)介绍了量子点掺杂光纤(QDF)的几种制备方法;测量了QDF的PL光谱;研究了QDF的PL峰值波长的红移,发现虽然红移与本底材料、掺杂浓度和光纤长度均有关系,但是最大的红移将趋于同一饱和值,该值取决于量子点第一吸收峰的FWHM。
　　 (3)应用遗传算法进行数值求解,以激光输出功率为目标函数,优化得到了QDFL的最佳参数(泵浦光波长、掺杂浓度、光纤长度和出射镜反射率);与传统的掺钕光纤激光器相比,QDFL具有更高的泵浦效率,并且掺杂的饱和浓度更低、光纤的饱和长度更短;当泵浦光功率为2W时,模拟计算得到的激光输出功率可以达到1.5W。
　　 (4)研究了CdSe/ZnS量子点和CdSe/ZnSQDFL的热稳定性,它们均表现得较好。
　　 本论文的研究为实验室研制QDFL提供了必要的实验基础和理论分析。通过多粒度掺杂,本论文的单波长QDFL可以被发展成一种新型的多波长光纤激光器。