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.

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.

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。

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。

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。

中山大学光电材料与技术国家重点实验室在鲁棒性拓扑角态微腔中的半导体量子点单光子发射方面取得重大进展

中山大学电子与信息学院喻颖、余思远教授团队联合中山大学物理学院陈晓东、董建文教授团队设计实现了与单个InAs/GaAs量子点的确定性耦合、单量子点的Purcell增强以及偏振的单光子发射,克服了量子拓扑光子学领域中拓扑角态与单个量子点的确定性耦合的难题。相关成果以“Single photon emitter deterministically coupled to a topological corner state”为题,于2024年1月发表在Light:Science & Application。

CdTe半导体量子点的制备及其荧光性能测定

半导体量子点是一种由Ⅱ–Ⅵ族(CdSe,CdTe,CdS,ZnTe,ZnO)、Ⅲ–Ⅴ族(InAs,GaSb,InP)和Ⅳ族(Si,Ge)元素组成的纳米颗粒。目前研究较多的主要是Ⅱ–Ⅵ族的CdS、CdSe、CdTe等半导体量子点,它们具有窄带隙而表现出优异的荧光特性,这些特性是与其本征的量子尺寸效应密切相关的。本实验采用简便的水相回流法,以巯基乙酸作为保护剂,NaHTe为Te前体,在3 h的回流反应中制备出多种颜色的CdTe半导体量子点,并针对实验中出现的NaHTe转移液体过程中易被氧化的问题作出了改进,对产物的荧光性能进行了测定,最终得到了一系列量子产率达到48%的CdTe量子点。实验具有工艺简便、试剂消耗少、荧光变化明显的优点,对实验难点的改进使其具有良好的操作性与可重复性,适合拓展为本科生无机化学、仪器分析实验以及专业综合实验。

CdTe/ZnS核壳结构半导体量子点的荧光特性研究

纳米技术研究体系中量子点是重要的研究模块之一,量子点尺寸非常小,具有独特的光物理特性。该文旨通过实验进行分析,实验过程选择99%纯度硼氢化钠、99%纯度硫酸锌、S212恒速搅拌器、TG16-WS高速离心机、0.310 mL巯基乙酸等,制备0.4565 g CdCl_(2)·2.5H_(2)O混合液,当样本溶液呈现橙色时,表明CdTe核已制备完成。实验结果显示:单脉冲能量增加时,τ_(-rise)与τ_(2)有所降低,τ_(1)数值增加,τ_(-rise)与壳层厚度呈正比关系。通过对量子点荧光特性的分析,有利于促进核壳结构量子点的制备。

量子点半导体光放大器的波长转换效率

为提高全光波长转换器的波长转换效率,在量子点半导体光放大器(QD-SOA)波长转换特性研究的基础上,分别对基于交叉增益调制(XGM)效应和交叉相位调制(XPM)效应的全光波长转换器的转换效率进行了仿真分析。利用三能级QD-SOA模型并基于XGM型全光波长转换器,计算了输入脉冲宽度、有源区长度、损耗系数、最大增益模式和电子跃迁时间的变化对转换效率的影响。结果表明,减小输入脉冲宽度、损耗系数、电子跃迁时间和增加有源区长度、最大增益模式均可以提高全光波长转换器的转换效率。该研究对全光逻辑异或门的设计及QD-SOA的应用有一定的指导意义。

基于半导体量子点的抗紫外光电子吸波涂层研究

基于文物保护的客观要求,在文物展览过程中应尽可能屏蔽紫外光辐射,减少紫外光照引起的损伤。因此,文章讨论了现有抗紫外光技术的发展现状,并设计基于半导体量子点材料的抗紫外光电子吸波涂层材料。实验中采用绿色环保的溶胶-凝胶法,制备了氧化锌基量子点材料,进而制备了可以屏蔽紫外光、透过可见光的电子吸波涂层。该涂层在文物展览等诸多领域具有极高应用价值。

饱和量子点半导体光放大器高通滤波特性

量子点半导体光放大器(QDSOA)具有更小的载流子恢复时间和更高的放大带宽,是光信息处理的理想器件。利用QDSOA三能级电子跃迁速率方程和光场传输方程,建立了有源区分段模型,对饱和QDSOA的频率响应特性进行研究,得到输入光功率、注入电流、有源区长度、最大模式增益和载流子跃迁时间等参数与3dB截止频率和抑制比之间的关系。结果表明,饱和QDSOA具有高通滤波特性,有较宽的高频信号放大带宽和较高的3dB截止频率,通过优化参数,可以获得比传统体材料和量子阱材料半导体光放大器更加优异的特性,为QDSOA的设计与应用提供了理论指导。

量子点半导体光放大器的速率方程和增益特性

为了深入研究量子点半导体光放大器(QD-SOA)的特性,建立了量子点半导体光放大器子带导带的三能级系统模型。把系统载流子的速率方程与其他文献采用的速率方程进行了对比优化。通过数值计算得到了瞬态解,并得到载流子在放大器各能级态的浓度分布,验证了量子点中能级分立特性。利用电子和空穴各自的占有几率在基态成一定的线性关系,在稳态下对速率方程求解,得出了量子点半导体光放大器相关的增益特性,以及增益特性与基态电子的占有几率之间的关系。结果表明量子点半导体光放大器具有很高的饱和增益和微分增益,较低的阈值电流等特性。说明量子点半导体光放大器具有比其他体材料和量子阱光放大器更加优异的特性。为光放大器的设计提供了有力的理论指导。

基于光子晶体的量子点半导体光放大器波长转换特性

量子点半导体光放大器(QD-SOA)具有皮秒级的增益恢复时间和超快的载流子浓度恢复等特点,光子晶体(PC)与QD-SOA结合后具有强非线性效应、低吸收损耗、高功率传输和低功耗等优点。研究了光子晶体-量子点半导体光放大器(PC-QDSOA)的波长转换特性,详细分析了最大模式增益、泵浦光功率、探测光功率、有源区长度对PC-QDSOA波长转换Q因子的影响及注入电流、泵浦光功率、探测光功率、有源区长度与PC-QDSOA波长转换消光比的关系,并将PC-QDSOA仿真结果与QD-SOA的仿真结果进行比较。结果显示PC-QDSOA的Q因子和消光比的数值总是大于QD-SOA,说明PC-QDSOA比QD-SOA的输出信号质量更好,信号传输效率更高,转换性能更优越。研究结果对PC-QDSOA的应用具有一定的指导意义。

II-VI族半导体量子点的发光特性及其应用研究进展

半导体量子点由于具有独特的发光特性而具有极高的应用价值。结合本实验室的工作介绍了半导体量子点的发光原理和发光特性,在实验中发现核壳结构的CdSe/CdS半导体量子点比没有包覆的CdSe半导体量子点的发光稳定性提高,吸收光谱和发射光谱均发生红移,而且粒径不同,半导体量子点所呈现的颜色也不同,随着粒径的增加吸收光谱和发射光谱向长波方向红移。介绍了半导体量子点在光电子器件和生物医学方面的应用,并对其发展前景进行了展望。

水相制备硒化镉半导体量子点的荧光性能

研究水相制备CdSe半导体量子点的合成工艺及后处理过程(包括前驱体物质选择及其用量、水浴反应时间、真空热处理等因素)对样品荧光性能的影响.通过荧光光谱测试分析样品荧光性能,结合紫外-可见光吸收光谱分析样品光吸收性能,并用扫描电镜和X射线衍射谱分析样品形貌与组分.结果表明:使用Na2SO3前驱体制备的水溶液样品的荧光性能容易受水浴加热时间的影响,表现出特殊的荧光双峰现象.使用NaBH4前驱体制备的水溶液样品荧光性能几乎不受水浴加热时间的影响,NaBH4的加入量增多有利于钝化CdSe量子点表面,有效减少表面陷阱,大幅度提高荧光量子产率.真空热处理使样品荧光峰锐化,半峰宽为30～40 nm且峰位产生红移,峰强急剧增加.

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 。

半导体量子点对原代培养大鼠牙乳头细胞生物相容性的研究

目的:研究半导体量子点(QDs)对原代培养的大鼠牙乳头细胞(Rat dental papillae cells,RDPCs)的生物相容性。方法:①选择刚出生3天的新生SD大鼠,取出磨牙牙胚,分离牙乳头,用酶消化法培养SD大鼠牙乳头细胞,用波形丝蛋白和细胞角蛋白免疫化学染色鉴定细胞来源,观察细胞的生长规律;②把605QDs、525QDs及两种量子点等浓度的混合物按3种不同浓度与RDPCs共同培养,观察QDs对RDPCs生长和形态的影响;③用MTT法检测不同浓度的605QDs、525QDs及两种量子点等浓度的混合物对RDPCs的毒性作用结果:①:体外培养的RDPCs生长良好,波形丝蛋白染色阳性而细胞角蛋白染色阴性。②不同浓度的605QDs、525QDs及两种量子点的等浓度混合物对体外培养的RDPCs没有毒性作用,对其生长和形态也没有影响。结论:605QDs、525QDs及两种量子点等浓度的混合物在一定的浓度范围内时RPDCs具有良好的生物相容性,为605QDs、525QDs在活体生理条件下用于活细胞内的多通道信号研究提供了科学依据。

影响半导体量子点生长因素的分析

生长高面密度和尺寸均匀的量子点是半导体量子点实用化的关键。本文在已有研究工作的基础上 ,从材料本身的特性和生长量子点时的外界条件两方面总结了影响量子点生长的各种因素 。