2 μm超宽带PbS量子点光纤放大器

为了解决目前光纤放大器增益带宽较窄且结构复杂的问题,制备了一种2μm超宽带PbS量子点光纤放大器。首先,通过有机金属法制备出平均直径约为9.2 nm的PbS量子点,并采用光沉积法将其沉积在光纤锥区表面。然后,采用泵浦光源激发涂覆在光纤锥形区域的Pb S量子点,使其在2μm波段释放出与信号光波长一样的光子,从而实现光信号的放大。测试结果表明,光纤放大器在1 900~2 100 nm波段可获得10.1 dB增益,增益带宽约为200 nm。

半导体量子点中强耦合磁极化子的性质

采用线形组合算符和么正变换研究了磁场对半导体量子点中强耦合磁极化子基态的影响 .结果表明 ,磁极化子束缚能、磁极化子振动频率随有效束缚强度增大而减小 ,随电子 -体纵光学声子耦合强度增大而增大 ,随磁场强度增大而增大 ,即均由于半导体量子点的受限和磁场的增大而使量子点的极化加强 。

半导体量子点中强耦合激子的性质

研究了抛物型半导体量子点中强耦合激子的性质.在有效质量近似下,采用线性组合算符和幺正变换的方法,导出了半导体量子点中重空穴激子的基态能量.在强耦合情况下讨论了量子点半径和受限强度对半导体量子点中激子基态能量的影响.以氯化铊(TlCl)半导体为例进行了数值计算.结果表明:在强耦合情况下,重空穴激子的基态能量随量子点半径的增大而减小,随量子点受限强度的增大而增大.

量子点半导体光放大器的自发辐射特性研究

从导带、价带和浸润层的能级跃迁出发,采用分段模型对量子点半导体光放大器的增益和自发辐射进行了数值研究.物理模型包括自发辐射行波方程和各能级载流子与光子数速率方程.经过大量数值计算,得到基态电子占用概率随注入光脉冲的变化,以及增益动态过程(饱和与恢复)和输出光脉冲的时域波形畸变.进一步研究了量子点光放大器自发辐射谱和增益平坦性,结果表明自发辐射功率随输入信号功率增大而减小,引入合适的钳制光,可在20 nm带宽内获得小于0.3 dB的增益平坦度,或者40 nm带宽内小于1.0dB.

基于量子点半导体光放大器全光波长变换特性

从光电集成电路的角度出发,根据量子点半导体光放大器(QD-SOA)中载流子跃迁速率方程和光场传输方程,建立了QD-SOA等效电路模型,并通过电路仿真的方法对QD-SOA的增益谱、饱和增益特性等进行了仿真和分析;利用QD-SOA的交叉增益调制研究了速率分别为40Gbps、100Gbps和160Gbps时的波长转换特性,并分析了不同的偏置电流、功率的信号光和探测光对输出信号消光比和Q值的影响,其转换速率可达到100Gbps,消光比ER约为10dB,Q值约为2.2.该研究对提高基于QD-SOA的交叉增益调制波长转换的性能具有指导意义.

基于量子点半导体光放大器的全光逻辑或门研究

利用量子点半导体光放大器的超快增益恢复特性和交叉增益调制效应,建立了基于量子点半导体光放大器的对称型马赫-曾德尔干涉仪模型,数值实现了对160Gb/s归零码信号的全光逻辑或门运算,并分析了多种系统参数对输出性能的影响。结果表明:一方面,增大注入电流、有源区长度和输入信号光功率均可以提高或门输出信号的Q因子;另一方面,载流子从润湿层到激发态的弛豫时间变短以及较小的线宽增强因子和限制因子也有利于获得较高的Q因子。此外,存在一个最佳的输入信号脉冲宽度使得Q因子的值最大。因此,通过合理优化这些参数值可以大大提高逻辑或门的性能。

增益饱和反射型量子点半导体光放大器高通特性

反射型量子点半导体光放大器(R-QDSOA)相较于传统RSOA具有皮秒级的载流子恢复速率和几十GHz的调制带宽,将其应用在高速的波分复用无源光网络(WDM-PON)中具有巨大的潜力.根据R-QDOSA的载流子速率方程和光场传输方程,建立了R-QDSOA的仿真模型,对其在增益饱和情况下的高通特性进行研究.研究结果表明:通过增加输入光功率、最大模式增益、有源区长度和减小注入电流,可提高最大信号增益和3dB截止频率;通过合理的参数设置,R-QDSOA的3dB截止频率可高达10GHz以上.该研究在无色WDM-PON的再调制方面展现了巨大的优势,并对提高R-QDSOA调制带宽具有理论指导意义.

量子点半导体光放大器波长转换的Q因子特性

为了改善全光波长转换器的转换性能进而提高输出信号质量,研究了波长转换器的Q因子特性。采用牛顿迭代法和四阶龙格库塔法解光场传输方程和跃迁速率方程,分析了输入信号光功率、脉冲宽度、最大模式增益和有源区长度4个因素对全光波长转换器的Q因子特性的影响,并将得到的结果与相同条件下的输出消光比比较。结果表明:增大输入信号光功率,Q因子先增大后减小,并且在-12 d Bm时取得最大值8.819 d B;Q因子随着脉冲宽度的增加而不断下降;增大最大模式增益和有源区长度,Q因子增大。在实现波长转换的基础上,优化各参数数值,得到的Q因子达到16.680 d B,输出信号质量较好。要同时获得高的消光比和Q因子,提高输出信号的质量,必须选取适当的输入信号光功率、脉冲宽度、最大模式增益和有源区长度。

PbS量子点掺杂聚合物宽带光纤放大器

随着人工智能、大数据、云计算、物联网、移动电子等的发展,传统的稀土离子掺杂单芯单模光纤放大器承载的光纤通信系统的传输容量已经逐渐接近香农极限,需要发展新型材料体系,以拓宽光纤通信系统的传输容量。相比于稀土离子,量子点具有较宽的发光带宽、可调波长的发光特性,且量子点的发光性质可以通过多种化学手段调控,在量子点光放大器上显示出了宽带光放大特性,受到学术界和产业界的广泛关注。在该背景下,本文提出将化学合成的PbS/CdS核壳量子点与低损耗聚合物集成,获得量子点掺杂光纤放大器,实现近红外通信波段可调波长、宽带光放大特性。文章研究并揭示了影响固化后的聚合物纤芯连续性的因素和影响机制,提出了降低固化胶前驱体液面附加压力、固化收缩力、聚合物前驱体与光纤内壁的摩擦力,并提高抽真空产生的牵引力以获得连续光纤,在此基础上获得了基于热固化聚二甲基硅氧烷(PDMS)和光固化NOA61、NOA85固化胶的纤芯连续光纤,量子点光纤在1530~1630 nm获得了增益带宽达到100 nm以上的开关增益,最高增益达到6.5 dB。本文的研究结果将促进量子点光纤器件和宽带光通信技术的发展。

量子点半导体光放大器二能级系统的数值建模

量子点半导体光放大器(QD-SOA)的二能级速率方程具有简单易懂并能较好的描述其工作特性的特点.为便于利用数值模拟方法分析QD-SOA的动态工作特性,在QD-SOA的二能级速率方程基础上,采用对QD-SOA进行了空间分段,对输入脉冲进行了时间分段的方法,建立了QD-SOA的二能级数值模型.图2,参4.

丁量子点半导体光放大器在光信息处理中的应用研究

随着光通信系统的不断发展,使得全光信息处理的应用前景越来越广泛,而全光信息处理主要是基于一种半导体光放大器的非线性的效应。但是因为会受到载流子的恢复时间影响,所以半导体光放大器的相位和增益的恢复时间都比较的长,在科学技术不断发展和进步的时候,对于光信息的传播系统越来越追求高速,那么处理速度慢的问题也就逐渐的体现了出来。为了能够更好的减少载流子的恢复时间,就出现了一种新的量子点半导体光放大器。

大功率半导体光放大器的耦合工艺研究

针对高速大功率半导体激光器,设计了主振激光器与半导体光放大器分立集成的高速大功率半导体激光器组件,并对其中半导体光放大器(SOA)的光纤耦合技术进行了研究,采用单模光纤耦合技术以及光路可逆原理设计了SOA的注入端耦合光路,实现了主振激光器到SOA的高效注入,耦合效率大于50%,采用微透镜组技术设计了SOA输出端的耦合光路,实现了Φ62.5μm的光纤耦合输出238mW。同时针对光纤耦合工艺,利用Ansys软件对耦合结构进行了激光焊接耦合工艺的热应力分析,得到了优化的焊接工艺条件,并对耦合中存在的应力进行了释放处理,有效提高了输出功率的稳定性。

级联型三能级半导体量子点的色散与吸收特性

运用密度矩阵的方法研究了半导体单量子点处于紧束缚态下的色散和吸收特性,数值模拟计算结果显示:探测场比较弱的条件下,调节两耦合光场之间的相对大小,不仅可以实现正常色散大小改变,而且可以实现正常色散到反常色散的突变;模拟计算结果还显示:增大探测场大小,同时改变探测场和耦极矩的夹角,也可以实现色散态的突变。比较吸收曲线图,探测场较弱时的吸收明显较探测场较强时大;探测场较强时,改变探测场和耦极矩的夹角,可使得共振点两侧的吸收峰略有增强,且其间隔也在增大。

CdSe/ZnS和PbSe量子点光纤及光纤放大器研究进展

近年来,纳米晶体(量子点)以及量子点光纤、量子点光纤放大器成为一个研究热点。介绍了CdSe/ZnS和PbSe量子点的光谱特性以及量子点的吸收-辐射截面,表明量子点具有强的吸收和发射。总结了低浓度和较高浓度CdSe/ZnS量子点掺杂光纤、熔融法及溶胶凝胶法制备PbSe量子点光纤材料的最新研究进展,分析了两种方法制备量子点光纤材料的优缺点,概述了PbSe量子点光纤放大器的研究近况,展望了量子点光纤的应用前景。

半导体光纤环形腔激光器调谐特性的实验研究

采用国产半导体器件 ,组建了半导体光纤环形腔激光器 (FRSLs)的实验装置及相应的测试系统 ,系统地研究了FRSLs的输出和调谐特性。结果表明 ,已实现高速调制情况下的动态单纵模调谐 ,并获得波长调谐范围大于 36nm的稳定光脉冲输出。确立了FRSLs的阈值特性、输出功率等物理参量与振荡波长之间的关系 ,提出通过控制分光比来优化和兼顾FRSLs的调谐范围及输出功率。实验结果较好地与理论模拟结果相吻合 ,为进一步改善FRSLs的性能指标提供了实验依据。同时 ,这些分析与结论对于相关结构类型的激光器设计也具有一定的参考价值。

基于半导体共振腔的量子位与量子网络构建

以半导体共振腔内光子与原子的纠缠特性作为量子位,通过半导体共振腔电动力学系统将原子态转换成光子态,根据半导体共振腔的工作特性,提出共振腔内原子与光子弱耦合与强耦合的判断条件,并利用外加电磁场对原子的量子态进行操控,从而完成量子逻辑门的操作,再通过各共振腔量子电动力学(CQED)系统间的纠缠进行量子位扩充,实现量子计算与量子网络。介绍微碟型共振腔与单一量子点等多种模型,有助于将量子运算与量子通讯的概念转变为半导体量子器件的研制。

量子点单光子源的光纤耦合

半导体量子点在低温下产生谱线细锐的激子发光可制备单光子源.光纤耦合可避免低温共聚焦装置扫描定位和振动影响,是实现单光子源即插即用和组件化的关键技术.在耦合工艺上,基于微区定位标记发展出拉锥光纤与光子晶体腔或波导侧向耦合、大数值孔径锥形端面光纤与量子点样片垂直耦合等技术;然而,上述工艺需要多维度精密调节以避免柔软光纤的畸形弯曲实现对准和高效耦合.陶瓷插针或石英V槽封装的光纤无弯曲且具有大平滑端面,只要与单量子点样片对准贴合就可保证垂直收光, V槽封装的排式光纤还可通过盲对粘合避免扫描对准,耦合简单.本文在前期排式光纤粘合少对数分布Bragg反射镜(distributed Bragg reflector, DBR)微柱样片实现单光子输出基础上,经理论模拟采用多对数DBR腔提升样片垂直出光和光纤收光效率,使光纤输出单光子计数率大大提升.

半导体光放大器研究进展

在光纤通信系统中,随着传输速率的增加,传统的O/E/O中继方式已经不能满足我们的需求,而半导体光放大器可以直接进行光/光的转换。半导体光放大器主要是一种由半导体材料制造的光放大器,半导体光放大器的快速发展主要得益于量子阱材料半导体光放大器的研制成功,克服了偏振敏感的缺点。而量子点材料的研发和使用可提高半导体光放大器的传输效率和波形稳定性,并且使噪声和串扰性能更加优化。本题主要是以半导体激光器为基础,介绍了半导体光放大器的原理和结构、发展历程,以及半导体光放大器的基本功能和应用。另外还探讨了半导体光放大器的最新国内外进展。半导体光放大器能直接放大光信号,对信号的格式和速率具有高度的透明性,使得整个系统更加简单灵活,它的出现和实用化在光纤通信发展史上具有里程碑意义。

基于介孔二氧化硅和硫化铅量子点结合的光纤放大器

为了改善量子点光纤放大器的性能,提出了一种将硫化铅(PbS)量子点与介孔二氧化硅相结合的方法,以此增加光纤锥区上量子点的含量。氨基化的介孔二氧化硅(NH_(2)-MSN)通过氮的单电子与油溶性的PbS量子点进行偶联,将量子点吸附到NH_(2)-MSN上,NH_(2)-MSN通过氢键作用连接在羟基化的光纤上,提高了量子点在锥区的密度。实验结果表明:将泵浦功率从50 mW增加到300 mW时,放大器在1550 nm处的开关增益从1.1 dB增长到8.09 dB;当泵浦功率为280 mW时开关增益达到饱和。

锥形光纤结构形态对量子点光纤放大器性能的影响

锥形光纤的结构形态对优化锥形光纤放大器光学性能具有重要意义。分析了不同结构形态锥形光纤的渐逝波透射深度的变化,提出了2种锥形结构的优化方案,并结合速率方程、功率方程及有限差分波束传输法建立了量子点锥形光纤放大器模型,研究了锥形光纤结构形态对放大器性能的影响。仿真结果表明:改变初始熔融长度和拉伸长度可使入射角在满足全反射条件下更接近临界角,从而增加锥区表面的渐逝波深度,优化后的锥形光纤结构形态有利于光纤放大器性能的提升。