可见光量子点光子晶体光纤激光器研究

Quantum dots（QDs）and fiber lasers are two hot spots of the international research in recent years. Quantum dot-doped fiber laser is a new subject on the cross of the two fields. The current research focuses on how to produce better quantum dots fiber. The realization and performance study of the laser are mostly in the stage of theoretical research, and lack of experimental verification and exploration. The project aims to design and fabrication novel quantum dot-doped large-mode-area photonic crystal fiber, to develop the experimental study of the quantum dot fiber laser in the visible band, and to solve the key theoretical and technical problems involved. The specific research contents include four aspects: 1) Design the single-mode large-mode-area photonic crystal fiber based on quantum dots filling method, and complete the preparation and testing; 2) Design the structure of the fiber laser, based on the transmission characteristics of the designed quantum dot photonic crystal fiber, and optimize by numerical simulations; 3） According to the design, fabricate the quantum dot photonic crystal fiber laser, and test and verify its performance; 4) Exploring the spectral property of the co-doped the quantum dots with different sizes, design and fabricate the multi wavelength output quantum dot-doped fiber laser, in order to achieve quasi white light laser output. The development of this project will promote the experimental study of quantum dot-doped fiber laser, and provide a new idea for the realization of optical fiber laser in the visible region.

量子点和光纤激光器是目前国际研究的两个热点。两者结合所产生的交叉研究课题——量子点光纤激光器，目前重点还放在量子点光纤制备工艺水平的提升上，激光器的实现和相关性能的研究更多停留在理论研究阶段，缺乏实验验证和探索。本项目旨在通过新型量子点光子晶体光纤的设计和制备，开展可见光波段量子点光纤激光器的实验研究，力求解决其中涉及的关键理论和技术问题。具体研究内容涵盖四个方面：1）设计基于量子点填充的大模场单模光子晶体光纤，并完成相应的制备和测试；2）基于所设计量子点光子晶体光纤传输特性，设计光纤激光器结构并进行数值仿真优化；3）依据设计，制备量子点光子晶体光纤激光器，进行测试和验证；4）探索不同尺寸量子点共掺杂光谱特性的研究，设计制备多波长输出可见光量子点光纤激光器，以期实现准白光激光输出。本项目的开展，将推动量子点光纤激光器的实验研究，为可见光光纤激光器的实现提供展新的思路。

可见光激光器广泛应用于生物医学、传感和通信领域，目前可见光波段激光器主要依靠利用频率上转换的方式实现光纤的可见光输出，但存在着很多问题，全光纤的可见光激光器的实现和相关性能的研究更多停留在理论研究阶段，缺乏实验验证和探索。本项目旨在通过新型量子点光子晶体光纤的设计和制备，开展可见光波段量子点光纤激光器的实验研究，并拓展相关量子点和特种光纤在感知领域的应用。.项目从量子点胶体材料的制备，光子晶体光纤的设计出发探索量子点掺杂的光子晶体光纤实现。从腔镜制备和量子点掺杂的光子晶体光纤测试出发，探索量子点光纤激光器实现。从多颗粒量子点供掺和复合腔镜制备出发，探索实现多波长可见光输出的量子点光纤激光器的可能性。基于量子点胶体、UV胶材料以及所设计的特种光纤开展了光纤传感研究，在温湿度、有机挥发气体和液位传感等方面做了探索。.探究了量子掺杂光子晶体光纤的设计，以UV胶为基底实现了CdSe/ZnS量子胶体制备，测试完成量子点掺杂光纤的样品制备和荧光光谱测试，确定了在高掺杂浓度下输出功率最优的光纤长度约为1cm，为激光器增益光纤的优化奠定了基础。完成了基于介质膜和光纤光栅的腔镜制备探索，利用60%和90%反射率的介质膜形成FP 腔滤波器，观察到了652nm可见光激射输出现象。从实验室证实了全光纤量子点光纤激光器的可能性，为进一步优化全光纤的可见光光纤激光器做了有益的探索。.基于所设计的Bragg光纤，完成了液位传感器的研究，实现了折射率不敏感，液位传感灵敏度达到约为-1.110 dB/mm。 基于量子点胶体涂覆微纳光纤，实现了基于荧光气体传感器研究，开发U型封装的传感器件，对酒精蒸汽实现了−3.3%/ppm高灵敏度和1.1s快速的时间响应。完成了基于UV胶和微结构光纤复合法玻腔（FP）结构的光纤准分布式温湿度传感器的研究，实现了10%RH-90%RH大范围多点同时测量。.本项目以全光纤可见光激光器研究为主要目标，借助所制备材料设计光纤等成果探索了传感领域的应用，不仅有重要的科研意义，而且具有广阔的应用前景。