多波長刺蝟量子點雙包層光纖放大器件的製作方法
2024-02-17 18:56:15
專利名稱：多波長刺蝟量子點雙包層光纖放大器件的製作方法
技術領域：
本發明是一種多波長刺蝟量子點雙包層光纖放大器件。主要用來按照可控制方式發生非線性變化的光學放大系統。
本發明的技術解決方案如下一種多波長刺蝟量子點雙包層光纖放大器件，其特徵在於該裝置依光傳播方向為序依次包括泵浦光源、光纖耦合器、諧振腔鏡、量子點雙包層光纖、諧振腔鏡、光纖耦合器，在該量子點雙包層光纖的一側還有泵浦光源。
該量子點雙包層光纖是自內向外依次由內芯、中間層、外層是摻有稀有元素的玻璃材料，或是石英材料製成的，相應的折射率分別為n0、n1、n2，並且n0＞n1＞n2，該量子點雙包層光纖的外包層是橡膠材料製成的，其量子點鑲嵌在量子點襯底量子點雙包層光纖內芯上。
所述的量子點是砷化鎵等半導體材料製成的。
所述的量子點的形狀可為半球形、球形、金字塔形、拋物面形或立方體形。
上述的泵浦光源是氙燈，或是固體雷射器，二極體雷射器，光纖雷射器，半導體雷射器。
上述的光纖耦合器是由微透鏡光學元件和電子元件組成的光電系統、或是管筒和微透鏡光學元件光學系統。
上述的諧振腔鏡是由平面鏡組成的、或是平凹透鏡組成的、或是平凸透鏡組成的、或是雙凹透鏡組成的、或是雙凸透鏡組成的、或是凹凸透鏡組成的系統。
本發明的多波長刺蝟量子點雙包層光纖放大器件的優點1、多波長刺蝟量子點雙包層光纖放大器件工作介質量子點可設計形狀及選用的材料較多；2、粒子數反轉的效率高；根據不同需求設計量子點具有亞穩態能級積居電子的時間較長；3、可選用的波長範圍寬；量子點較多的激發亞穩態可實現多波長的躍遷；4、整個裝置全部固化，結構簡單，容易操作。
圖2是本發明多波長刺蝟雙包層光纖量子點放大器件中雙包層光纖結構示意圖。
圖3是本發明多波長刺蝟雙包層光纖量子點放大器件中雙包層光纖內芯量子點示意圖。
圖4是本發明多波長刺蝟雙包層光纖量子點放大器件中雙包層光纖量子點橫截面示意圖。
圖中1-泵浦光源2-光纖耦合器3-諧振腔鏡4-量子點雙包層光纖401-量子點雙包層光纖外包層402-量子點雙包層光纖外層403-量子點雙包層光纖中間層404-量子點雙包層光纖內芯40401-量子點5-諧振腔鏡6-光纖耦合器7-放大泵浦光源所說的泵浦光源1是氙燈，或是固體雷射器，二極體雷射器，光纖雷射器，半導體雷射器。
所說的光纖耦合器2和6是由微透鏡光學元件和電子元件組成的光電系統、或是管筒和微透鏡光學元件光學系統。
所說的諧振腔鏡3和5是由平面鏡組成的、或是平凹透鏡組成的、或是平凸透鏡組成的、或是雙凹透鏡組成的、或是雙凸透鏡組成的、或是凹凸透鏡組成的系統。
所說的量子點雙包層光纖4是玻璃材料，或是石英材料製成的光纖。
所說的放大泵浦光源7是固體雷射器，二極體雷射器，光纖雷射器，半導體雷射器。
所說的量子點雙包層光纖內芯404是摻雜稀有元素高折射率n0的玻璃材料，或是石英材料製成的纖芯。
所說的量子點雙包層光纖中間層403是摻雜稀有元素折射率n1比量子點雙包層光纖內芯404的折射率n0低的玻璃材料，或是石英材料製成的中間層。
所說的量子點雙包層光纖外層402是摻雜稀有元素折射率n2比量子點雙包層光纖中間層403的折射率n1低的玻璃材料，或是石英材料製成的外層。
所說的量子點雙包層光纖外包層401是橡膠材料製成的。
所說的量子點40401的形狀可為半球形，球形，金字塔形，拋物面形或立方體形的砷化鎵等半導體材料製成的。量子點40401鑲嵌在量子點襯底量子點雙包層光纖內芯404上。
本發明多波長刺蝟量子點雙包層光纖放大器件的工作過程是泵浦光源1輸出能量經光纖耦合器2和諧振腔鏡3進入量子點雙包層光纖4中，對量子點雙包層光纖內芯404和量子點雙包層光纖中間層403內鑲嵌的量子點40401進行激發，量子點中的電子被激發的能級間隔為 其中 h是普朗克常數，m*是量子點有效質量，A是量子點面積。實現粒子數反轉後的量子點被往返於諧振腔間的光子激發而受激輻射，產生雷射。光致發光的強度為IPL(U)NP1(1+1t/r)1(1+/PL)--(2)]]>其中IPL是發光強度，N是量子點數，P是泵浦強度，γ1t是上能級的弛豫速率，γr是遂穿速率，γ0t是從上能級到基態能級的遂道速率，γPL是電子空穴複合速率。結合(1)式和(2)式設計不同量子點的形狀，大小及數量，根據需要選擇諧振腔鏡3和5的結構，控制發射光的波長範圍及強度。
放大泵浦光源7從量子點雙包層光纖4的側面進行泵浦，對量子點產生的雷射的行波進行放大。放大後的雷射經光纖耦合器6耦合輸出。
在
圖1所示的裝置中，輸入光Is為800-1064nm，能量為1nJ，泵浦能量為20mJ，量子點工作介質為砷化鎵，量子點形狀為三角錐體形，排列在光纖內芯周圍，光纖內芯直徑為9μm，量子點間距為300nm，量子點直徑為100nm。輸出光Is′波長800nm-1064nm的能量為10mJ。
權利要求
1.一種多波長刺蝟量子點雙包層光纖放大器件，其特徵在於該裝置依光傳播方向為序依次包括泵浦光源(1)、光纖耦合器(2)、諧振腔鏡(3)、量子點雙包層光纖(4)、諧振腔鏡(5)、光纖耦合器(6)，在該量子點雙包層光纖(4)的一側還有泵浦光源(7)。
2.根據權利要求1所述的多波長刺蝟量子點雙包層光纖放大器件，其特徵在於該量子點雙包層光纖(4)是自內向外依次由內芯(404)、中間層(403)、外層(402)是摻有稀有元素的玻璃材料，或是石英材料製成的，相應的折射率分別為n0、n1、n2，並且n0＞n1＞n2，該量子點雙包層光纖(4)的外包層(401)是橡膠材料製成的，其量子點(40401)鑲嵌在量子點襯底量子點雙包層光纖內芯(404)上。
3.根據權利要求2所述的多波長刺蝟量子點雙包層光纖放大器件，其特徵在於所述的量子點(40401)是砷化鎵等半導體材料製成的。
4.根據權利要求3所述的多波長刺蝟量子點雙包層光纖放大器件，其特徵在於所述的量子點(40401)的形狀可為半球形、球形、金字塔形、拋物面形或立方體形。
5.根據權利要求1所述的多波長刺蝟量子點雙包層光纖放大器件，其特徵在於該泵浦光源(1)是氙燈，或是固體雷射器、二極體雷射器、光纖雷射器、半導體雷射器。
6.根據權利要求1所述的多波長刺蝟量子點雙包層光纖放大器件，其特徵在於該光纖耦合器(2，6)是由微透鏡光學元件和電子元件組成的光電系統、或是管筒和微透鏡光學元件光學系統。
7.根據權利要求1所述的多波長刺蝟量子點雙包層光纖放大器件，其特徵在於該諧振腔鏡(3，5)是由平面鏡組成的、或是平凹透鏡組成的、或是平凸透鏡組成的、或是雙凹透鏡組成的、或是雙凸透鏡組成的、或是凹凸透鏡組成的系統。
全文摘要
一種多波長刺蝟量子點雙包層光纖放大器件，其特徵在於該裝置沿光傳播方向依次包括泵浦光源、光纖耦合器、諧振腔鏡、量子點雙包層光纖、諧振腔鏡、光纖耦合器，在該量子點雙包層光纖的一側還有泵浦光源。該量子點雙包層光纖是自內向外依次由內芯、中間層、外層是摻有稀有元素的玻璃材料，或是石英材料製成的，相應的折射率分別為n
文檔編號G02F1/39GK1474223SQ0314211
公開日2004年2月11日 申請日期2003年8月8日 優先權日2003年8月8日
發明者金石琦 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所