专利名称：一种可调谐量子点光纤激光器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种可调谐量子点光纤激光器，属于光纤激光器领域，尤其涉及量子点光纤激光器领域。
背景技术：
稀土掺杂(例如铒、铥、镱等)的光纤放大器，由于其具有带宽宽、增益高等特点， 使光纤放大器的性能得到了极大的提高。但是，常规稀土掺杂光纤激光器经过多年的发展之后，天然元素掺杂的光纤放大器性能几乎达到最优化。随着量子点材料迅速发展，有的人工材料已经具备了良好的、甚至是理想的吸收和辐射性能，其中人工量子点如aiSe、CdSe, HgS,ZnS和CdS等的吸收和辐射谱几乎覆盖了从490-2300nm很宽的波带。此外，在制备人工量子点材料时，基于量子点的小尺寸效应和量子限制作用，可通过人为调控量子点的尺寸来调控量子点的光致发光光谱，从而达到调控辐射峰的峰值波长位置的目的。通过不同类型的掺杂，还可整体移动吸收和辐射谱等等。这些优越特性是天然元素无法达到或无法具备的。因此，实现采用人工量子点材料的光纤放大器，是一个十分有研究价值的课题。可调谐量子点光纤激光在光纤通信、激光光谱学、激光生物、光量子学、纳米科技和照明娱乐等方面具有非常广泛的用途，同时也为下一代光学信息系统的研究奠定了基石。量子点是一种具有强三维量子限制效应的典型低维体系，其在三个维度上都与电子德布罗意波相当，使其载流子态密度呈现δ函数特性，能级结构与原子分子类似的分立能级。新型的量子点自组织生长技术，是在应变外延生长过程中，使所形成量子点材料的原子按照S-K模式自发成岛的自组装现象，可用于蓝光和紫光半导体激光器。由于量子点的能级分立特性和量子点的量子限域效益和小尺寸效应，其发射峰可以根据量子点尺寸进行调谐，这一优势为使其成为产生可调谐全光谱的有效手段。量子点是一种有潜力的纳米尺度半导体，具有宽的吸收光谱和较宽的发射光谱，并可通过其尺寸来调谐发光峰值波长；量子点具有显著的工艺优点，与传统的产生红、绿、蓝色荧光物质相比，量子点制作温度较低，制作时间也较短，特别是通过调谐量子点尺寸，可以控制其发射波长。从量子点上取出一个电子，或将一个电子放到量子点上，所需要的能量取决于量子点的大小和量子点上已有的电子数。量子点器件的工作依靠量子力学隧道效应，由于电子隧道运动比漂移和扩散运动快，因而量子点器件的性能比传统器件好。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种可调谐量子点光纤激光器。该激光器能够实现可调谐激光输出，而且具有结构简单、运转稳定等特点。本实用新型通过以下技术方案实现由半导体激光器(1)、波分复用耦合器O)、 量子点掺杂光纤(3)、环形器0)、光纤光栅( 和激光输出端(6)组成；波分复用耦合器 ⑵的信号输入端接半导体激光器(1)，输出端接量子点掺杂光纤(3)，量子点掺杂光纤(3)接环形器的反射端，环形器的透射端接光纤光栅(5)，光纤光栅( 透射端接激光输出端(6)；所述的一种可调谐量子点光纤激光器，其特征在于掺杂进光纤的量子点为核-壳结构的CdSe/a^e或CcKe/ZnS或CcKe/CdS或CdS/ZnS或CdS/HgS的量子点，量子点的大小范围为2nm-6nm。所述的一种可调谐量子点光纤激光器，其特征在于使用光纤光栅作为反射腔镜组成光纤激光器的环形谐振腔，结合腔内泵浦光源激发量子点光纤发射特定颜色光，多次反馈之后形成激光输出。所述的一种可调谐量子点光纤激光器，其特征在于所述的光纤光栅是满足谐振波长的各种典型波长光纤布拉格光栅构成的宽带布拉格反射器，或者是啁啾光纤光栅。本实用新型的工作原理是半导体蓝光激光器发出的蓝光作为泵浦光通过波分复用器耦合入射到作为增益介质的量子点掺杂光纤，受到蓝光蓝光激发，量子点能产生光致发光现象，光致发光的波长与量子点材料和量子点尺寸相关，如采用核壳结构的Cdk/ZnS 或Cdk/CdS或CdS/ZnS或CdS/HgS等量子点，其被蓝光激发时，其光致发光光谱可根据量子点的尺寸可在整个可见光区进行调谐；并且，由于量子点的分立能级特性，其光致发光半宽度非常窄，一般不超过20nm，通常情况下平均半宽度为IOnm左右，因此，可以通过选择适当材料和尺寸的量子点掺进光纤，该光纤可以是单模/多模石英光纤或聚合物光纤，也可以是光子晶体光纤，便可以实现一定中心波长的窄线宽发射光。这些光致发光被由两组光纤光栅(该光纤光栅是满足谐振波长的各种典型波长光纤布拉格光栅构成的宽带布拉格反射器，也可采用啁啾光纤光栅)组成的环形谐振腔多次反射和增益，达到阈值后，由透射端实现窄线宽激光输出。通过调节量子点的尺寸，并且光纤光栅组中有谐振波长为该出射激光波长的光纤光栅，以此来实现出射激光的可调谐性。
图1是本实用新型的一种可调谐量子点光纤激光器的示意图；图2是本实用新型的不同尺寸量子点被蓝光激发时的光谱图；图3是本实用新型的掺杂大小为4. Onm的核-壳结构CdSe/S^e量子点后的光纤激光器输出激光光谱图。
具体实施方式
参照图1，本实用新型所述的一种可调谐量子点光纤激光器由半导体激光器(1)、 波分复用耦合器O)、量子点掺杂光纤(3)、环形器G)、光纤光栅(5)和激光输出端(6)组成；波分复用耦合器的信号输入端接光纤光栅，泵浦输入端接半导体蓝光激光器，输出端接量子点掺杂光纤，量子点掺杂光纤再接环形器的反射端，透射端为激光输出端。其中量子点掺杂光纤中的量子点采用核-壳结构的CdSe/a^e量子点，量子点的大小为4nm。光纤光栅是满足谐振波长的典型波长光纤布拉格光栅构成的宽带布拉格反射器。图2描述的是不同尺寸核壳结构的CdSe/a^e量子点受蓝光激发时的光致发光光谱图。从图中可以看出，如被蓝光激发时，核-壳结构的CdSe/ZnSe量子点在大小为2. 2,2. 7,3. 2,3. 4,3. 7,3. 8,4. 0 和4. 8nm时分别发射峰值波长分别位于510、540、555、580、585、590、595和620nm。图4是本实例选用大小为4. Onm的核-壳结构CdSe/a^e量子点掺杂进普通单模石英光纤，经过蓝光半导体激光器激发后，产生595nm的橙红光，经过环形器和光纤光栅的反射、增益和选频作用下，输出的光谱图。
权利要求1.一种可调谐量子点光纤激光器，由半导体激光器(1)、波分复用耦合器O)、量子点掺杂光纤(3)、环形器G)、光纤光栅( 和激光输出端(6)组成；波分复用耦合器( 的信号输入端接半导体激光器(1)，输出端接量子点掺杂光纤(3)，量子点掺杂光纤C3)接环形器的反射端，环形器的透射端接光纤光栅(5)，光纤光栅( 透射端接激光输出端 (6)。
2.根据权利要求1所述的一种可调谐量子点光纤激光器，其特征在于掺杂进光纤的量子点为核-壳结构的CdSe/a^e或CcKe/ZnS或CcKe/CdS或CdS/ZnS或CdS/HgS的量子点，量子点的大小范围为2nm-6nm。
3.根据权利要求1所述的一种可调谐量子点光纤激光器，其特征在于使用光纤光栅作为反射腔镜组成光纤激光器的环形谐振腔，结合腔内泵浦光源激发量子点光纤发射特定颜色光，多次反馈之后形成激光输出。
4.根据权利要求1所述的一种可调谐量子点光纤激光器，其特征在于所述的光纤光栅是满足谐振波长的各种典型波长光纤布拉格光栅构成的宽带布拉格反射器，或者是啁啾光纤光栅。
专利摘要一种可调谐量子点光纤激光器，由半导体激光器(1)、波分复用耦合器(2)、量子点掺杂光纤(3)、环形器(4)、光纤光栅(5)和激光输出端(6)组成；波分复用耦合器(2)的信号输入端接半导体激光器(1)，输出端接量子点掺杂光纤(3)，量子点掺杂光纤(3)接环形器(4)的反射端，环形器(4)的透射端接光纤光栅(5)，光纤光栅(5)透射端接激光输出端(6)；本实用新型结构简单、易于制造，可广泛用于光纤技术的各个领域。
文档编号H01S3/067GK201985423SQ20112008578
公开日2011年9月21日 申请日期2011年3月25日 优先权日2011年3月25日
发明者叶兰芝, 周占春, 沈天禛, 沈常宇, 牟晟, 王科, 蒋晔婷, 钟川 申请人:中国计量学院