新型量子点掺杂玻璃光纤的多波段光放大和激光特性研究

光纤激光器集小型化、高效率和集约化等优势于一体，已成为下一代激光器的最有力竞争者。目前，其增益介质主要为稀土掺杂光纤，但由于稀土离子本身发光性质的限制，其荧光带宽很难超过80nm，严重阻碍了超宽带光纤放大器和可调谐光纤激光器的发展。已有报道和我们前期探索表明，PbS等量子点掺杂玻璃具有宽带、可调谐红外荧光，但关于量子点掺杂玻璃光纤至今尚无报道。本项目将围绕量子点掺杂玻璃光纤制备、光放大与激光输出特性的研究，解决PbS(PbSe)量子点在光纤拉制过程中的二次成核、生长以及消融这一科学问题，进而在机理上指导玻璃基质和组分的调控、热处理工艺的选择、光纤拉丝方案的优化，开拓制备尺寸和分布均一、光放大特性显著、传输损耗低的高品质量子点掺杂玻璃光纤新技术。实现量子点掺杂玻璃光纤的多波段激光输出，为量子点掺杂玻璃光纤在光纤激光器、全光纤饱和吸收体、中红外泵浦源等领域应用奠定科学依据与物质基础！

近红外宽带可调谐光纤激光器由于在波分复用、集成光学、大容量信息处理等领域的重要应用而受到人们的广泛关注，然而用于近红外宽带可调谐光纤激光器的增益介质却非常匮乏，PbS量子点掺杂玻璃由于在近红外波段具有宽带可调的荧光发射特性，有望应用于新型超宽带光纤放大器的核心增益介质。本项目围绕“具有近红外宽带可调谐荧光的量子点掺杂玻璃（光纤）”，开展了系列研究。利用热处理制备了PbS量子点掺杂玻璃；通过体系的选择、工艺的优化，制备了PbS量子点分布较为均匀的量子点掺杂玻璃；通过对量子点掺杂尺寸和浓度进行调控，实现了0.5-2.0μm区域可连续调谐的荧光发射。以808nm（或者980 nm）激光器作为泵浦源，分别探测了1.33μm及1.55μm光通信窗口的光放大特性，并基于量子点掺入浓度和前驱体引入形式，进一步优化了量子点掺杂玻璃的光放大特性；在单块PbS量子点掺杂玻璃中同时探测到了1.33μm及1.55μm的光学增益，为PbS量子点掺杂玻璃在宽带光纤放大器和激光器中的应用奠定了基础。突破了大尺寸量子点掺杂玻璃制备技术，分别利用传统的预制棒方法和抽丝法拉制了量子点掺杂光纤，利用预制棒法拉制的量子点掺杂光纤，在光纤拉制过程中存在着量子点二次生长现象，导致绝大部分PbS量子点尺寸已超过其激子玻尔半径，从而削弱了PbS量子点掺杂玻璃光纤的近红外荧光发射；而利用抽丝法制备的量子点掺杂玻璃光纤，可以有效控制PbS量子点在玻璃光纤中的尺寸和分布，从而获得高效的近红外可调谐宽带荧光。上述结果表明，本项目中所研究的PbS量子点掺杂玻璃（光纤）有望应用于覆盖1330nm到1550nm近红外波段的宽带、可调谐光纤放大器和激光器的增益介质。