纳米半导体掺杂放大光纤制备关键技术研究

本项目提出基于原子层沉积技术（ALD），以纳米半导体作为掺杂源，研究不同基质材料（石英和多组份玻璃）光纤中纳米半导体的形成机理、光辐射特性及制备关键技术，实现纳米掺杂，重点解决现有放大光纤技术中存在的放大光谱带宽窄、掺杂不均匀以及掺杂浓度低等问题。主要研究包括：光纤基质材料中纳米半导体的形成机理-采用扩散动力学、流体热力学等理论建立纳米半导体形成模型；纳米半导体掺杂的光辐射特性-基于纳米半导体微观能带理论，结合光纤波导结构，建立光纤中纳米半导体掺杂的光放大理论模型；纳米半导体掺杂光纤的制备技术-将ALD与MCVD及管棒法光纤制备技术融合，着重研究半导体薄膜沉积及光纤拉制过程中的纳米半导体形成的关键制备技术。本项目建立一套新型的纳米半导体掺杂放大光纤制备工艺和特性分析技术平台，进而研制宽带光纤放大系统，研究成果在宽带光纤通信领域将具有重要的应用价值。

掺杂放大光纤作为核心元件，已广泛应用于激光器、光放大器、宽带光源等系统，在信息、航空航天、军事国防、工业生产等领域发挥着重要的作用。针对当前放大光纤技术中存在的放大光谱带宽窄、掺杂不均匀以及掺杂浓度低等问题，对纳米半导体掺杂光纤的制备与光辐射特性方面进行深入探索。.本项目系统地研究了纳米半导体掺杂光纤的材料结构设计、反应机理、光辐射特性的建模与仿真，从物质的本征结构揭示出半导体掺杂石英光纤在近红外区的宽带光辐射发光机理。项目提出了将ALD 与MCVD工艺相结合的纳米半导体掺杂新方法，探索出纳米半导体掺杂光纤的关键制备技术，其关键制备技术将引领世界光纤制备的方向；项目揭示了半导体掺杂在石英基质材料内的形成机理，详细阐释了纳米半导体掺杂石英光纤具有宽带放大功能的本质特征，成功研制出PbS掺杂、Bi/Al共掺、Bi/Er共掺与Bi /Yb共掺光纤，获得光辐射谱宽大于200 nm，增益带宽大于100 nm的纳米半导体掺杂放大光纤；并将其应用于宽带光源与光纤传感之中，其研究成果在宽带光纤通信及光纤传感领域，以及航空航天、军事国防等方面将具有重要的应用价值。同时，通过此项目的研究，在该领域已拓展与澳大利亚新南威尔士大学建立联合研究实验室。