PbS 量子點(diǎn)摻雜聚合物寬帶光纖放大器

陳道遠(yuǎn)，崔俊杰，許貝貝，滿 濤，張多多，涂佑宇，劉小峰*，邱建榮

（1. 浙江大學(xué) 光電科學(xué)與工程學(xué)院，極端光學(xué)技術(shù)與儀器全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310058；2. 浙江大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，浙江 杭州 310058）

1 引 言

長(zhǎng)距離光纖通信和數(shù)據(jù)中心的光互連對(duì)數(shù)據(jù)傳輸容量、密度和速率的需求與日俱增，在過(guò)去40 年里，全球數(shù)據(jù)傳輸容量每隔4 年約增長(zhǎng)10倍[1]，預(yù)計(jì)到2037 年光纖傳輸速率將達(dá)到50~100 Pb∕s[2]，這對(duì)現(xiàn)有的通信材料和技術(shù)都提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。長(zhǎng)距離通信材料主要是光纖，長(zhǎng)距離的光纖數(shù)據(jù)傳輸會(huì)給信號(hào)帶來(lái)?yè)p耗，因此需要中繼器把信號(hào)放大，這就用到了光纖放大器。目前的光纖放大器以稀土離子摻雜的光纖為主要材料，尤其是商用的C+L 波段具有光放大功能的三價(jià)鉺離子摻雜的光纖放大器。然而，稀土離子的發(fā)光來(lái)自內(nèi)殼層4f 電子躍遷，受到禁戒躍遷的限制，發(fā)光帶寬很窄，這就限制了光纖放大器帶寬的提高。目前困擾光纖放大器的重要科學(xué)和產(chǎn)業(yè)問(wèn)題主要包括： （1）能否突破C 波段限制，實(shí)現(xiàn)超寬帶光纖放大？（2）能否實(shí)現(xiàn)1 000 Tbit∕s 超高速光通信？（3）能否突破量子噪聲極限，使得噪聲系數(shù)無(wú)限逼近或小于3 dB？因此，需要發(fā)展近紅外通信波段寬帶光增益材料，實(shí)現(xiàn)寬帶光纖放大。

在所有近紅外波段寬帶光增益材料中，量子點(diǎn)具有大的吸收截面[3]、近紅外通訊波段可調(diào)波長(zhǎng)且寬帶發(fā)光、低噪聲[4]、大的斯托克斯位移以降低吸收損耗等特性[5]。目前發(fā)展的量子點(diǎn)摻雜光纖包括多組分玻璃光纖[6-7]、聚合物光纖[8]、基于倏逝波耦合的量子點(diǎn)微納光纖[9-10]等，其中，量子點(diǎn)摻雜玻璃光纖的制備方法包括基于熔融法制備玻璃預(yù)制棒并拉制光纖、改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積法（Modified chemical vapor deposition，MCVD）與原子層沉積法（Atomic layer deposition，ALD）制備光纖[11]等。熔融法制備玻璃預(yù)制棒溫度高，量子點(diǎn)原料揮發(fā)嚴(yán)重，光纖中量子點(diǎn)尺寸、空間分布非常不均勻，光纖制備重復(fù)性差[12]；而基于MCVD 與ALD 法的光纖制備溫度高，量子點(diǎn)幾乎完全分解，發(fā)光非常弱；基于倏逝波耦合的量子點(diǎn)微納光纖，其量子點(diǎn)涂覆在光纖表面，穩(wěn)定性較差。

通過(guò)選擇近紅外波段損耗較低的聚合物，利用化學(xué)法合成核殼結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)，可以有效控制量子點(diǎn)的發(fā)光特性，獲得高量子產(chǎn)率的量子點(diǎn)，跳出傳統(tǒng)玻璃熱處理析出量子點(diǎn)方法對(duì)量子點(diǎn)發(fā)光性能的限制，有望獲得寬帶光放大的光纖材料。在所有近紅外發(fā)光的量子點(diǎn)中，PbS 量子點(diǎn)具有大的激子波爾半徑、穩(wěn)定性較好，且目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)片上放大自發(fā)輻射[13]，最有希望實(shí)現(xiàn)光纖光放大。另一方面，目前使用的量子點(diǎn)摻雜聚合物以光固化膠為主，其價(jià)格昂貴，且大多數(shù)近紅外波段損耗較低的光固化膠都是美國(guó)和日本等國(guó)家生產(chǎn)，特殊時(shí)期會(huì)對(duì)我國(guó)卡脖子，因此，也需要發(fā)展新型聚合物用于量子點(diǎn)光纖。

本文合成了波長(zhǎng)可調(diào)的核殼結(jié)構(gòu)PbS∕CdS 量子點(diǎn)，選用聚二甲基硅氧烷聚合物，發(fā)展了量子點(diǎn)摻雜聚合物光纖制備方法，提出了影響光纖纖芯連續(xù)性的機(jī)制和解決辦法。所制備的光纖在1 530~1 630 nm 獲得了增益帶寬達(dá)到100 nm 以上的寬帶高增益光放大性能，最高增益6.5 dB。同時(shí)，本文也討論了限制量子點(diǎn)光纖放大器光增益的因素和提高光增益的有效方案。本文的研究促進(jìn)了量子點(diǎn)摻雜光纖激光器、放大器等光纖器件的發(fā)展，有望推動(dòng)全波段寬帶光放大技術(shù)的發(fā)展和寬帶光通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

2 實(shí) 驗(yàn)

2.1 材料

量子點(diǎn)制備所需材料：氯化鉛（PbCl2），硫粉（S），油酸（OA），油胺（OAm），1-十八胺（ODE），氧化鎘（CdO），正己烷，甲醇，丁醇，丙酮，乙醇，四氯乙烯（TCE）。

2.2 PbS/CdS 核殼量子點(diǎn)制備

制備硫儲(chǔ)備溶液：將硫粉（0.08 g）與OAm（15 mL）混合脫氣，并在氬氣氣氛中加熱20~40 min，直 至 溶 解。將PbCl2（2.5 g, 9 mmol）溶 于OAm（7.5 mL）中, 氬氣氣氛下加熱至110 ℃，且100 ℃以上時(shí)，開(kāi)始脫氣20 min。脫氣完成后，溫度升至120 ℃。加入硫儲(chǔ)備溶液（2.25 mL）并反應(yīng)2 h，反應(yīng)期間取等分試樣以監(jiān)測(cè)生長(zhǎng)。用正己烷淬滅反應(yīng)，在得到的PbS 量子點(diǎn)溶液中加入甲醇和丁醇的混合物，并進(jìn)行離心; 然后倒掉離心后得到的液體，將剩余的量子點(diǎn)溶解在正己烷中。重復(fù)上述操作兩次，最后離心得到的固體量子點(diǎn)分散于TCE 中保存。此外，加入適量油酸，混合并離心，將部分油胺配體置換成油酸，可以有效提升PbS 量子點(diǎn)膠體溶液的穩(wěn)定性。將CdO（0.3 g,2.3 mmol）溶于OA（2 mL）和ODE（10 mL）中，氬氣氣氛下升溫至90 ℃，并持續(xù)攪拌90 min；之后將溫度升高至260 ℃，得到油酸鎘儲(chǔ)備溶液，并儲(chǔ)存在100 ℃的環(huán)境中。取約2 mg 的PbS 量子點(diǎn)固體溶解在干燥的ODE（1 mL）中，升溫至100 ℃，并迅速注入油酸鎘溶液，反應(yīng)60~90 min，反應(yīng)期間取等分試樣以監(jiān)測(cè)生長(zhǎng)。隨著反應(yīng)進(jìn)行，光譜會(huì)出現(xiàn)藍(lán)移的現(xiàn)象。此外，升高溫度至240 ℃或者繼續(xù)加入油酸鎘溶液都會(huì)促進(jìn)進(jìn)一步反應(yīng)。上述離子交換反應(yīng)得到的PbS∕CdS 核殼量子點(diǎn)利用丙酮和乙醇純化三次，最終分散在TCE 中保存。

2.3 光纖制備

將1 mL 0.5~5 mg∕mL PbS∕CdS 核殼量子點(diǎn)的四氯乙烯溶液與4 mL 二甲基硅氧烷室溫混合，在超聲波清洗機(jī)中混合，一邊超聲使溶液混合均勻，一邊用真空泵維持三口瓶?jī)?nèi)真空環(huán)境，超聲60 min將溶液中的四氯乙烯揮發(fā)掉；然后加入0.4 mL的甲基三乙氧基硅烷作為固化劑，通過(guò)超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)超聲 15 min，達(dá)到分散固化劑并且預(yù)固化的效果，得到量子點(diǎn)摻雜的前驅(qū)體混合物。將量子點(diǎn)均勻摻雜的前驅(qū)體混合物通過(guò)Rotary vane 機(jī)械泵（R-4SN，120 W，50 L∕min，2.5 Pa）抽到空心石英光纖中，將預(yù)固化的光纖放入真空干燥箱內(nèi)，經(jīng)過(guò)熱固化或者光固化后即可得到均勻無(wú)氣泡的量子點(diǎn)摻雜聚合物芯層-石英包層多模光纖。

2.4 光譜和光放大特性測(cè)試

為了測(cè)試量子點(diǎn)摻雜聚合物光纖的發(fā)光特性，搭建了如圖2 所示的測(cè)試系統(tǒng)。信號(hào)源是一臺(tái)C+L 波段可調(diào)諧激光器（Santec TSL-550），光譜可調(diào)諧范圍為1 500 ~1 630 nm，最大輸出功率為17 dBm。種子光經(jīng)過(guò)衰減器（用于穩(wěn)定輸入信號(hào)）后與波分復(fù)用器連接，波分復(fù)用器輸入端的另一個(gè)接口與泵浦源（銘創(chuàng)光電，半導(dǎo)體光纖激光器，中心波長(zhǎng)976 nm，最大輸出功率500 mW）連接。種子光和泵浦光經(jīng)過(guò)波分復(fù)用器后從單模石英光纖（纖芯∕包層 9∕125 μm）出射進(jìn)入量子點(diǎn)光纖，為了提高量子點(diǎn)光纖出射端的信號(hào)收集效率，在出射端用多模石英光纖（纖芯∕包層50∕125 μm）接收信號(hào)。量子點(diǎn)光纖和石英光纖采用裸纖耦合的方式進(jìn)行連接，通過(guò)耦合平臺(tái)進(jìn)行端面對(duì)準(zhǔn)。輸出光經(jīng)多模光纖后進(jìn)入光譜儀（Yokogawa AQ6370），光譜儀的測(cè)量范圍為600~1 700 nm。

3 結(jié)果與討論

3.1 量子點(diǎn)摻雜光纖帶寬及放大原理

如圖3，PbS 量子點(diǎn)的激子波爾半徑為20 nm，在通訊波段的PbS 量子點(diǎn)尺寸在5 nm 左右，因此PbS 量子點(diǎn)的發(fā)光波長(zhǎng)有很大的可調(diào)諧空間，可以實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)到2 μm 以上的發(fā)光[14]。因此，多種不同尺寸PbS 量子點(diǎn)的結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)全波段可調(diào)諧發(fā)光，有望獲得超寬帶光放大特性。

圖4 說(shuō)明了量子點(diǎn)光放大的原理[15]，量子點(diǎn)是一種零維半導(dǎo)體材料，除了具有塊體半導(dǎo)體材料所具有的價(jià)帶和導(dǎo)帶，量子局域效應(yīng)還導(dǎo)致其能級(jí)發(fā)生分離，產(chǎn)生了來(lái)自激子的G1 和E1 能級(jí)，類似稀土離子的四能級(jí)結(jié)構(gòu)，有利于實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，促進(jìn)光增益的產(chǎn)生。因此量子點(diǎn)是一類有效的光增益材料，在過(guò)去的量子點(diǎn)半導(dǎo)體放大器中得到了廣泛關(guān)注。

3.2 量子點(diǎn)摻雜光纖制備的若干問(wèn)題探討

圖5 討論了影響聚合物光纖纖芯連續(xù)性的問(wèn)題和產(chǎn)生機(jī)制。如圖5（a）所示，使用Norland NOA61 光固化膠（UV 膠）作為纖芯聚合物，纖芯直徑10 μm，光纖纖芯不連續(xù)。對(duì)于未完全固化的聚合物前驅(qū)體，其曲面半徑是r（圖5（b）），聚合物在纖芯中主要受到的力包括液面附加壓力ΔP、固化收縮力Fs、聚合物前驅(qū)體與光纖內(nèi)壁的摩擦力Fc，另外，還會(huì)受到與這三個(gè)作用力方向相反的真空泵抽真空產(chǎn)生的牽引力F。當(dāng)將量子點(diǎn)摻雜聚合物抽到光纖纖芯中固化時(shí)，只有當(dāng)牽引力F大于或等于反方向的作用力才能保證纖芯固化后的連續(xù)性，否則，聚合物前驅(qū)體就容易脫節(jié)，導(dǎo)致固化后不連續(xù)。其中，ΔP = 2σ/r，σ是聚合物前驅(qū)體彎曲液面的表面張力。因此，r越大，ΔP就會(huì)越小，所以增加纖芯直徑、選用表面張力小的聚合物以降低ΔP，降低固化速率以降低Fs，使用硅烷降低光纖內(nèi)壁摩擦力Fc等方法都有望獲得連續(xù)的纖芯結(jié)構(gòu)。

為了防止固化時(shí)纖芯產(chǎn)生氣泡，進(jìn)行了如下設(shè)計(jì)：（1）采用大芯徑多模光纖（纖芯∕包層 18∕125 μm 和50∕125 μm）提高內(nèi)徑r，降低彎曲液面壓力ΔP；（2）調(diào)節(jié)紫外燈的位置控制固化速率，緩慢固化，或者采用熱固化膠緩慢固化，從而降低聚合物固化收縮力Fs；（3）真空泵抽運(yùn)和固化同時(shí)進(jìn)行，形成反向拉伸力F，使得固化過(guò)程受力達(dá)到平衡。為了證實(shí)該方法的可行性，首先采用熱固化的PDMS（聚二甲基硅氧烷）做纖芯，按照?qǐng)D1 的方法制備得到如圖6（a）所示未熱固化的光纖，纖芯連續(xù)無(wú)氣泡。將光纖分別放在空氣中和真空箱中85 ℃熱固化30 min，如圖6（b）、（c）所示。空氣中固化有氣體進(jìn)入，纖芯不連續(xù)；而真空干燥箱中緩慢加熱固化，以降低固化收縮力Fs，并提高抽真空產(chǎn)生的牽引力F，獲得了纖芯連續(xù)的多模光纖（纖芯∕包層50∕125 μm）。PDMS 雖然在C 波段有較高的透過(guò)率，但實(shí)驗(yàn)所用PDMS 經(jīng)過(guò)測(cè)量其折射率在1 550 nm 波段約為1.41，小于石英的折射率1.44，不符合纖芯折射率的要求。

圖1 PbS 量子點(diǎn)摻雜聚合物光纖制備流程Fig.1 Preparation of PbS QDs-doped polymer fibers

圖2 量子點(diǎn)光纖發(fā)光光譜和光放大測(cè)試示意圖Fig.2 Schematic figure for the measurement of luminescence spectra and optical gain of QDFA

圖3 QDFA 與稀土摻雜光纖放大帶寬對(duì)比Fig.3 Comparison of gain bandwidth of QDFA and rare earth ions-doped optical fibers

圖4 量子點(diǎn)光致光放大原理Fig.4 Mechanism of optical gain of QDs

圖5 影響光纖纖芯連續(xù)性的問(wèn)題和產(chǎn)生機(jī)制。 （a）Norland NOA 61 光固化膠作為纖芯的聚合物光纖光學(xué)顯微鏡照片，纖芯直徑9 μm，光纖纖芯不連續(xù)；（b）固化前聚合物前驅(qū)體在光纖纖芯的示意圖，r 是聚合物前驅(qū)體曲面半徑；（c）聚合物前驅(qū)體在纖芯中受到的作用力，液面附加壓力ΔP ，固化收縮力Fs，聚合物前驅(qū)體與光纖內(nèi)壁的摩擦力Fc，真空泵抽真空產(chǎn)生的牽引力F。Fig.5 Factors influencing the continuity of fiber core and their mechanism. （a）Optical microscope images of optical fibers with QDs-doped Norland NOA61 light curing glue as the core. （b）Schematic figure of the glue in the fiber core before solidifying，r is the surface radius of the glue liquid. （c）Force interacted on the glue liquid in fiber core before solidifying. ΔP is the force related to surface tension，F(xiàn)s is the contraction force during solidifying，F(xiàn)c is the friction force by the inner wall of fiber core，F(xiàn) is the traction from the pumping by vacuum pump.

圖6 熱固化PDMS 纖芯光纖光學(xué)顯微鏡照片。 （a）熱固化前，光纖纖芯連續(xù)無(wú)氣泡；（b）空氣中85 ℃固化30 min，光纖纖芯不連續(xù)；（c）真空干燥箱中85 ℃固化30 min。Fig.6 Optical microscope images of thermal curing PDMS fiber core.（a）Before thermal curing，no bubbles in the fiber core.Thermal curing at 85 ℃ for 30 min in air（b） and in vacuum oven（c）.

最終采用的是紫外光固化膠（UV 膠）的方法，選用的是Norland 公司的NOA61 和NOA85 兩種UV 膠，具體參數(shù)見(jiàn)表1。采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)比1%的濃度將量子點(diǎn)與兩種UV 膠混合作為纖芯材料，如圖7（a）所示，最終獲得了如圖7（b）所示的纖芯連續(xù)的大芯徑（纖芯∕包層 50∕125）量子點(diǎn)摻雜聚合物多模光纖。當(dāng)降低纖芯直徑到18 μm，如圖7（c）所示，對(duì)于18∕125 的光纖，固化后纖芯仍然會(huì)存在少量氣泡。

表1 紫外光固化膠NOA61 和NOA85 參數(shù)Tab.1 Parameters of UV curing glue NOA61 and NOA85

圖7 光固化UV 膠纖芯。 （a）光固化裝置示意圖；（b）50∕125-PbS（NOA85）光纖光固化后顯微照片，光纖纖芯連續(xù)無(wú)氣泡；（c）18∕125-PbS（NOA85）光纖光固化后顯微照片，纖芯存在少量氣泡；NOA61 光固化結(jié)果與此相同。Fig.7 UV light curing of fiber core. （a）Schematic figure of the light curing instrument. （b）Optical microscope images of NOA85 light curing glue for 50∕125 and 18∕125 optical fiber，50∕125 fiber has no bubble，while few bubbles can be observed for 18∕125 fiber（c）.

3.3 發(fā)光光譜和光放大特性分析

制備得到的PbS 量子點(diǎn)摻雜UV 膠光纖的發(fā)光特性如圖8 所示。PbS 量子點(diǎn)-正己烷混合溶液的發(fā)光中心波長(zhǎng)為1 500 nm，混合NOA61 UV 膠，發(fā)光峰位沒(méi)有明顯變化（圖8（a））；但是混合NOA85 UV 膠時(shí)，發(fā)光峰發(fā)生紅移（圖8（b）），且發(fā)光強(qiáng)度顯著低于混合NOA61 UV 膠的情況。這一結(jié)果是因?yàn)镹OA85 UV 膠的黏度要低于NOA61 UV 膠，在未固化時(shí)，NOA85 UV 膠不能對(duì)量子點(diǎn)起到很好的限域作用，導(dǎo)致量子點(diǎn)發(fā)生團(tuán)聚，引起發(fā)光峰紅移，發(fā)光峰對(duì)稱性下降。此外，對(duì)于同一組分的纖芯材料，大芯徑光纖中量子點(diǎn)摻雜數(shù)量更多，發(fā)光顯著強(qiáng)于小芯徑光纖。

圖8 QDs 摻雜UV 膠聚合物光纖發(fā)光光譜。 （a）NOA61 UV 膠作為纖芯；（b）NOA85 UV 膠作為纖芯。Fig.8 PL spectra of polymer fiber with QDs-doped UV curing glue. The fiber core is NOA61（a） and NOA85（b），respectively.

以上結(jié)果說(shuō)明PbS 量子點(diǎn)的發(fā)光特性在NOA61 UV 膠中得到了很好的保持，這為聚合物光纖能夠?qū)崿F(xiàn)寬帶光放大提供了可能。此外，從表1 可知，NOA61 UV 膠完全固化后可承受-150～+125 ℃的溫度范圍，溫度耐受范圍比NOA85 UV膠寬。綜上所述，我們截取一段長(zhǎng)度為2.5 cm 的NOA61 UV 膠作為纖芯的聚合物光纖進(jìn)行光放大特性測(cè)試。利用圖2 所示的光放大特性測(cè)試系統(tǒng)，測(cè)得該段光纖的插入損耗為1.79 dB。較大的插入損耗主要來(lái)自于PbS 量子點(diǎn)較強(qiáng)的吸收（吸收截面是Er3+的約100 倍），采用裸纖耦合的方式導(dǎo)致光纖端面的菲涅爾反射和光纖模場(chǎng)不完全匹配引起的耦合損耗，以及信號(hào)在光纖中傳播時(shí)光纖本身的傳輸損耗。后續(xù)通過(guò)改善量子點(diǎn)表面質(zhì)量、優(yōu)化耦合方式、采用損耗更低的纖芯聚合物等可進(jìn)一步降低光纖的插入損耗。在可調(diào)諧信號(hào)光源和976 nm 泵浦激光器激發(fā)下，實(shí)現(xiàn)了1 530~1 630 nm 達(dá)到100 nm 以上的寬帶增益（圖9 和圖10），開(kāi)關(guān)增益隨著泵浦功率增加，在0 dBm 信號(hào)光下，400 mW 泵浦功率下1 620 nm 處最高增益達(dá)到了6.5 dB（圖9（b）和圖10（b））。

圖9 NOA61 UV 膠作為纖芯的聚合物光纖光放大特性。（a）寬帶光譜放大結(jié)果；（b）開(kāi)關(guān)增益隨泵浦功率變化曲線。Fig.9 Optical amplification spectra of polymer fiber with NOA61 as the core. （a）Broadband optical gain spectra. （b）Pump gain dependent ON∕OFF gain.

圖10 開(kāi)關(guān)增益隨泵浦功率變化。信號(hào)光功率分別為-11 dBm（a），0 dBm（b），11 dBm（c）。Fig.10 Pump gain dependent ON∕OFF gain. The signal light power is -11 dBm（a），0 dBm（b），and 11 dBm（c）.

雖然本文實(shí)現(xiàn)了量子點(diǎn)光纖的寬帶開(kāi)關(guān)增益，但是仍然難以實(shí)現(xiàn)凈增益。制約量子點(diǎn)光纖實(shí)現(xiàn)凈增益的原因包括：（1）量子點(diǎn)的價(jià)帶和導(dǎo)帶高度簡(jiǎn)并，如PbS 量子點(diǎn)的價(jià)帶和導(dǎo)帶簡(jiǎn)并度是8[16]，為了實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，需要多于一個(gè)激子參與，才能實(shí)現(xiàn)量子點(diǎn)光放大；（2）多激子過(guò)程涉及到俄歇無(wú)輻射復(fù)合，壽命在10~250 ps[13]，為了實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，需要在低于俄歇復(fù)合時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)，這就需要用飛秒或皮秒激光泵浦，目前的光放大測(cè)試都是在連續(xù)激光泵浦條件下進(jìn)行的，為了實(shí)現(xiàn)凈增益，需要較高功率的超快激光泵浦，但高功率超快激光會(huì)對(duì)量子點(diǎn)產(chǎn)生不可逆的損壞；（3）量子點(diǎn)表面的缺陷態(tài)會(huì)降低量子點(diǎn)的熒光量子點(diǎn)產(chǎn)率，通過(guò)制備核殼結(jié)構(gòu)可以減少表面缺陷態(tài)，但這仍然是制約著量子點(diǎn)光放大器增益進(jìn)一步提高的關(guān)鍵問(wèn)題；（4）量子點(diǎn)長(zhǎng)期暴露在空氣中容易被氧化，聚合物作為基質(zhì)可以對(duì)量子點(diǎn)形成穩(wěn)定包裹，隔絕水氧，但聚合物本身的背景損耗仍遠(yuǎn)大于石英光纖。未來(lái)的研究將集中于提高量子點(diǎn)熒光量子產(chǎn)率，通過(guò)對(duì)量子點(diǎn)摻雜引入帶電激子降低其增益產(chǎn)生的閾值[17]；通過(guò)更精細(xì)的核殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)減少表面缺陷態(tài)，抑制量子點(diǎn)俄歇復(fù)合[18]，以實(shí)現(xiàn)在較低的超快激光泵浦條件下獲得大的光增益，并優(yōu)化玻璃和聚合物組分以降低光纖背景損耗。

4 結(jié) 論

本文探討了量子點(diǎn)摻雜光纖獲得全波段寬帶光放大的可行性和產(chǎn)生機(jī)制，提出通過(guò)熱注入法合成核殼結(jié)構(gòu)PbS∕CdS 量子點(diǎn)，將其與聚合物混合，通過(guò)抽真空法注入空心光纖纖芯，獲得量子點(diǎn)摻雜光纖和光纖放大器的策略。研究了影響聚合物光纖纖芯連續(xù)性的因素，提出通過(guò)提高纖芯內(nèi)徑以降低聚合物前驅(qū)體液面附加壓力、緩慢固化以降低固化收縮力、纖芯內(nèi)壁涂覆硅烷以降低聚合物前驅(qū)體與光纖內(nèi)壁的摩擦力、邊固化邊用真空泵抽真空提高牽引力的方法，獲得了基于熱固化的PDMS 和光固化的NOA61、NOA85 紫外光固化膠的纖芯連續(xù)的量子點(diǎn)摻雜光纖，并實(shí)現(xiàn)了1 530~1 630 nm 帶寬達(dá)到100 nm 以上的寬帶開(kāi)關(guān)增益，最高增益達(dá)到6.5 dB。本文的研究為獲得基于膠體量子點(diǎn)的可調(diào)波長(zhǎng)光纖激光器和寬帶光纖放大器提供了可能，將推動(dòng)光通信技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

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