一种InS@ZnS量子点的全光波长转换器的制作方法

本实用新型属于光信息转换技术领域，涉及全光波长转换器，具体涉及一种InS@ZnS量子点的全光波长转换器。

背景技术：

波长转换器是把光信号从一个波长转换到另一个波长上的器件，全光波长转换器是波分复用光网络及全光交换网络中的关键部件。波长转换器按其工作原理主要可以分为：光/电/光型波长转换器、相干型波长转换器和基于光逻辑门的波长转换器。目前，较为成熟的波长转换器主要是光/电/光型的波长转换器，光/电/光型的波长转换器先将光信号转换成电信号，经定时再生后，产生再生的电信号和时钟信号，再用该电信号对标准波长的激光器重新进行调制，从而实现波长转换。但是，它对信号格式和调制速率不透明，系统升级和应用范围受限。

传统的全光波长转换器大多是基于增益介质的非线性效应来实现的。这些波长转换器由于稳定性差或转换效率低等不足而一直没有实用化。

量子点是由有限数目的原子组成，三个维度尺寸均在纳米数量级。量子点一般为球形或类球形，是由半导体材料(通常由IIB~ⅥA或IIIA~VA元素组成)制成的、稳定直径在1~20 nm的纳米粒子。量子点是在纳米尺度上的原子和分子的集合体，既可由一种半导体材料组成，如由IIB.VIA族元素(如CdS、CdSe、CdTe、ZnSe等)或IIIA.VA族元素(如InP、InAs等)组成，也可以由两种或两种以上的半导体材料组成。作为一种新颖的半导体纳米材料，量子点具有许多独特的纳米性质，其典型尺度为几个纳米到几十个纳米之间，其具有的独特性质：很好的光稳定性、宽的激发谱、窄的发射谱和较大的斯托克斯位移等。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术的不足，提供一种InS@ZnS量子点的全光波长转换器，该全光波长转换器具有设计成本低、可靠性强、光稳定性好、光转化效率高、宽的激发谱、窄的发射谱、较大的斯托克斯位移等特点。

本实用新型采用的技术方案如下：一种InS@ZnS量子点的全光波长转换器，主要包括激光器、第一光连接器、InS@ZnS量子点材料、TiO2胶体、第二光连接器、光谱仪；其特征在于：激光器输出端通过第一光纤与第一光连接器的输入端连接；第一光连接器的输出端与InS@ZnS量子点材料的输入端连接；InS@ZnS量子点材料的输出端与第二光连接器的输入端连接；第二光连接器的输出端通过第二光纤与光谱仪的输入端连接。

本实用新型所述激光器为一种可调谐连续波长激光器。

本实用新型所述的可调谐连续波长激光器发出的输入信号光的波长范围为 1350～1650nm。

本实用新型所述量子点材料为InS@ZnS量子点，量子点尺寸大小在 1 ～ 10nm，吸收峰值宽度为 600 ～ 1500nm，辐射光谱范围为1000 ～ 1600nm。

本实用新型所述量子点材料为InS@ZnS量子点。

本实用新型通过选择能级匹配的TiO2胶体来调控能级结构，达到与给体材料能级相互匹配的程度，增加电子/空穴的分离传输效率。

本实用新型InS@ZnS量子点制备是这样来实现的，其特征是方法步骤如下：

（1）以硫、乙酸锌别作为铟前驱体和锌前驱体，以硫粉溶于三丁基磷（TBP）制备的三丁基氧化磷作锌前驱体，以硫粉溶于1-十八烯的溶液作为硫源，以1-十八烯为溶剂，油酸作为反应配体制得油溶性InS@ZnS量子点。乙醇促使量子点沉淀，离心分离提纯，三氯甲烷溶解分散。

（2）氧化铟：乙酸锌：硫粉以1:10:2的摩尔比反应制得InS@ZnS量子点，此时量子点含有未反应的有机杂质，加入过量乙醇促使量子点沉淀离心分离得固体粉末，量子点不溶于丙酮会沉淀下来，而杂质会溶于丙酮，采用离心方法可将量子点提纯；

本实用新型的有益效果：1、利用InS@ZnS量子点材料的宽吸收谱、窄发射谱的特点来实现传输的某一波长的输入信号光转换为另一波长的输出信号光。当一束光照射到量子点材料上，激发的电子从导带跃迁到价带，从而发射光子。量子点作为一种新颖的半导体纳米材料，具有许多独特的纳米性质。其典型尺度为几个纳米到几十个纳米之间，由于受量子点尺寸效应和限域效应的影响，量子点显示出独特的发光特性，量子点的发光波长根据量子点尺寸的不同而不同，尺寸越小，发射光的波长越小，所以可以调节量子点尺寸得到需要的波长范围。2、利用量子点材料的宽吸收谱特性，本实用新型可用于将近红外波段的光信号转换到长波段来进行后续的光电转换和信号处理。3、量子点材料制备简单、材料成本低，且其稳定的光转化效率特别适用于全波段光电转化器中。

附图说明

图1为本实用新型的系统框架图。

图2为本实用新型中InS@ZnS量子点（4.5nm）的吸收谱及辐射光谱图。

在图中，激光器 为1、第一光连接器为2、InS@ZnS量子点材料为3、TiO2胶体为4、第二光连接器为5和光谱仪为6。

具体实施方式

本实用新型是这样来工作和实施的，如图 1 所示，一种InS@ZnS量子点的全光波长转换器包括激光器 1、第一光连接器 2、InS@ZnS量子点材料 3、TiO2胶体4、第二光连接器 5和光谱仪 6；可调谐连续波长激光器 1 的输出端通过第一光纤7与第一光连接器 2 的输入端连接；第一光连接器 2 的输出端与InS@ZnS量子点材料 3的输入端连接；InS@ZnS量子点材料 3的输出端与TiO2胶体4连接；TiO2胶体4与第二光纤5连接器连接。第二光连接器5的输出端通过第二光纤8与光谱仪6的输入端连接。可调谐连续波长激光器 1 发出的输入信号光的波长在 1000 ～ 1600nm 范围内都可以选择； InS@ZnS量子点材料 3 的量子点尺寸大小在 2 ～ 9nm 内都可以选择，对应的吸收峰值宽度为 600～1500nm，辐射光谱范围为 1000～1600nm。

1、InS@ZnS量子点制备是这样来实现的，其特征是方法步骤如下：

（1）以硫、乙酸锌别作为铟前驱体和锌前驱体，以硫粉溶于三丁基磷（TBP）制备的三丁基氧化磷作锌前驱体，以硫粉溶于1-十八烯的溶液作为硫源，以1-十八烯为溶剂，油酸作为反应配体制得油溶性InS@ZnS量子点。乙醇促使量子点沉淀，离心分离提纯，三氯甲烷溶解分散。

（2）氧化铟：乙酸锌：硫粉以1:10:2的摩尔比反应制得InS@ZnS量子点，此时量子点含有未反应的有机杂质，加入过量乙醇促使量子点沉淀离心分离得固体粉末，量子点不溶于丙酮会沉淀下来，而杂质会溶于丙酮，采用离心方法可将量子点提纯。

2、TiO2胶体的制备是这样来实现的，其特征是方法步骤如下：

（1）向100ml的蒸馏水中缓慢滴入10ml的钛酸正四丁酯，充分的磁力搅拌后得到白色沉淀物；

（2）将得到的白色沉淀物用去离子水洗涤并过滤；

（3）将抽干后的滤粉转移至150ml的锥形瓶中，加入0.8ml的浓硝酸和10ml的醋酸，80℃密闭均匀搅拌直到透明淡蓝色的胶体，至此为止，TiO2前驱体便已形成；

（4）然后向胶体中加去离子水至150ml，继续充分搅拌30min使其水解完全；

（5）将制得的TiO2前驱体移入100ml的反应釜中，在200℃的高温下水热24 h得到初期TiO2胶体；

（6）加入0.075 g的P25，超声并再次水热12h使其重结晶。最后加入0.5 g PEG-20000和数滴稀释的OP乳化剂，通过热蒸发方式，将得到的悬浮液浓缩至原来的1/5，稳定TiO2胶体便制备好了。

本实用新型一种InS@ZnS量子点的全光波长转换器的工作流程：激光器1模拟待转换的输入信号光，通过第一光连接器2照射到封装好的InS@Zn量子点材料3中，由于量子点材料3 具有宽吸收谱、窄激发谱的特点，当输入信号光落入吸收谱范围内，量子点材料3吸收输入信号光的能量，然后激发一个不同于输入信号光的窄辐射光波，实现波长的转换，转换后的光经过TiO2胶体到第二光连接器5输出到光谱仪6上。