PbS量子点掺杂聚合物宽带光纤放大器

陈道远; 崔俊杰; 许贝贝; 满涛; 张多多; 涂佑宇; 刘小峰; 邱建荣

doi:10.37188/CJL.20230140

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PbS量子点掺杂聚合物宽带光纤放大器

器件制备及器件物理 | 更新时间：2023-11-01

- PbS量子点掺杂聚合物宽带光纤放大器
  增强出版
- PbS Quantum Dot Doped Polymer Broadband Optical Fiber Amplifier
- 发光学报 2023年44卷第10期页码：1824-1832
- 作者机构：
  
  1.浙江大学光电科学与工程学院，极端光学技术与仪器全国重点实验室，浙江杭州　310058
  2.浙江大学材料科学与工程学院，浙江杭州　310058
- 作者简介：
  
  [ "陈道远（1998-），男，贵州黔南人，博士研究生，2020年于南开大学获得学士学位，主要从事新型光放大器件的研究。 E-mail： 12230097@zju.edu.cn" ]
  [ "崔俊杰（2000-），男，湖北武汉人，硕士研究生，2021年于北京理工大学获得学士学位，主要从事量子点光放大方向的研究。 E-mail： 22130031@zju. edu. cn" ]
  [ "许贝贝（1988-），男，安徽合肥人，博士，浙江大学百人计划研究员，博士生导师，2014年于浙江大学获得博士学位，主要从事光电材料基础与器件应用诸多领域（包括材料光学行为、光子电子作用、界面激子作用，在低维柔性多功能材料和器件，光通讯和量子通讯用发光材料与器件，自驱动红外辐射超材料和产品研发等）的研究。 E-mail： bbxu2019@zju.edu.cn" ]
  [ "刘小峰(1983-)，男，江苏丹阳人，博士，副教授，博士生导师，2010 年于中国科学院上海光学精密机械研究所获得博士学位，主要从事非线性光学材料与器件和光功能玻璃材料与器件的研究。 E-mail: xfliu@zju.edu.cn" ]
  [ "邱建荣（1964-），男，浙江宁波人，博士，教授，博士生导师，世界陶瓷科学院院士，1983年于日本冈山大学获得博士学位，主要从事新型光电功能材料与器件（特别是玻璃与微晶玻璃光纤）、强场（飞秒激光等）与材料的相互作用、纳米发光材料与器件和非线性光学材料（二维材料与拓扑绝缘体）等的研究。 E-mail： qjr@zju.edu.cn" ]
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划(2020YFB1805900;2020YFB1805902)
- DOI：10.37188/CJL.20230140
  中图分类号： TN253
- 收稿日期：2023-05-30，
  
  修回日期：2023-06-18，
  
  纸质出版日期：2023-10-05
- 稿件说明：
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陈道远,崔俊杰,许贝贝等.PbS量子点掺杂聚合物宽带光纤放大器[J].发光学报,2023,44(10):1824-1832.

CHEN Daoyuan,CUI Junjie,XU Beibei,et al.PbS Quantum Dot Doped Polymer Broadband Optical Fiber Amplifier[J].Chinese Journal of Luminescence,2023,44(10):1824-1832.
陈道远,崔俊杰,许贝贝等.PbS量子点掺杂聚合物宽带光纤放大器[J].发光学报,2023,44(10):1824-1832. DOI： 10.37188/CJL.20230140.

CHEN Daoyuan,CUI Junjie,XU Beibei,et al.PbS Quantum Dot Doped Polymer Broadband Optical Fiber Amplifier[J].Chinese Journal of Luminescence,2023,44(10):1824-1832. DOI： 10.37188/CJL.20230140.

摘要

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1 530~1 630 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。

Abstract

With the development of artificial intelligence， big data， cloud computing， Internet of Things， mobile electronics， and so on， the transmission capacity of the traditional optical fiber communication system carried by the rare earth ion-doped single-core single-mode fiber amplifier has gradually approached the limit of Shannon's law. It is necessary to develop a new material system to broaden the transmission capacity of the optical fiber communication system. Compared with rare earth ions， quantum dots（QDs） have a wide luminescence bandwidth and tunable wavelength， and the luminescence properties of QDs can be modulated by a variety of chemical means. QDs-doped optical amplifier shows broadband optical gain properties， which has attracted wide attention from academia and industry. In this context， this paper proposes to integrate chemically synthesized PbS/CdS core-shell QDs with low-loss polymer to obtain QDs -doped fiber amplifier（QDFA）， realize tunable wavelength and broadband optical amplification in the near-infrared （NIR） communication band. This paper studies and reveals the factors and mechanisms affecting the continuity of polymer fiber. It proposes to reduce the additional pressure related to surface tension， contraction force during solidifying， the friction force by the inner wall of fiber core， and improve the traction force from the pumping by vacuum pump to obtain continuous optical fiber. By optimizing these factors， we obtained continuous fiber core based on heat curing PDMS and light curing NOA61 and NOA85 UV glue. Consequently， the QDFAs realize the highest gain of 6.5 dB， and gain bandwidth of more than 100 nm. The results of this paper will facilitate the development of quantum dot fiber optic devices and broadband optical communication technologies.

关键词

Keywords

references

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