[发明专利]一种量子点光纤纤芯的制备方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及光通讯技术和纳米材料制备领域，具体涉及一种量子点特种光纤纤芯的制备技术。

(二)背景技术

天然稀土元素(如Er、Tm、Yb等)掺杂的光纤放大器，近年来在密集波分复用全光网通讯中起着非常重要的作用，也是目前国内外普遍使用的一种光纤放大器。但是，目前使用的稀土元素掺杂的光纤放大器存在如下几个问题：①光纤长度较长(如Er掺杂光纤用于放大器上时需要20-30m)；②光纤带宽有限；③增益指标有限等。

值得注意的是，近些年来，低维材料的研究引起了人们极大的兴趣。量子点作为电子在三个方向上的运动都受限制的零维材料，由于具有不同于体材料的独特光电性能，在发光材料、光催化、光敏传感器、荧光探针标记、太阳能电池等方面都具有非常重要的应用前景。特别是，当把量子点掺杂于玻璃基体时，量子点具有光放大、饱和吸收、非线性光学效应等性能；而且，相对于溶液中合成量子点，玻璃基体中的掺杂更易把量子点研究从基础方面转向应用方面。然而，目前量子点掺杂玻璃的应用还不是很广泛，这主要是由于量子点的表面缺陷浓度较高、尺度分布范围较宽、量子点掺杂浓度较低等。

IV-VI族半导体量子点如PbSe的激子玻尔半径为a_B＝46nm，是CdSe的八倍多；PbS的激子玻尔半径为a_B＝18nm。故与II-VI族(如CdS、CdSe)、III-V族(如InP、InAs)半导体量子点等比较，IV-VI族半导体的电子和空穴更易被限制在量子点里，即更容易观察到量子限制效应。也就是说，II-VI族半导体的量子点尺寸可以较大，此时量子限制效应受表面效应的影响很小。而且，PbSe、PbS量子点的吸收峰在1-2μm，这对于光通讯领域方面的应用是非常重要的。对于光纤通讯而言，常常希望有宽的、增益谱平坦的、每通道为独立饱和的光纤放大器，量子点谱线的展宽正好可以满足光纤通讯放大器的要求。通过控制生长条件来控制纳米晶体的尺度，使之产生不同波长位置的吸收峰、辐射峰以及不同的半高宽；通过不同类型的掺杂或不同的晶体尺度大小，还可整体移动吸收和辐射谱等，这些优越的特性是天然元素所不具备的。因此，能否利用这些优良特性，实现量子点掺杂均匀的光纤通讯放大器，将是一项非常诱人的关键技术。虽然C.Liu等人曾报导在硅酸盐玻璃基体中制备了PbS量子点；A.Lipovskii等人报导在磷酸盐玻璃基体中制备了PbSe量子点。但上述实验方案中均未涉及量子点光纤的制备技术，至今没有人报导工艺上如何制备得到以半导体纳米晶体量子点掺杂的光纤纤芯。

(三)发明内容

为解决现有技术中存在的上述不足，本发明提供了一种工艺简单、价格低廉的制备掺杂有半导体纳米晶体量子点的量子点光纤纤芯的方法，使得半导体纳米晶体量子点尺寸和密度可控。

本发明采用的技术方案是：

一种量子点光纤纤芯的制备方法，所述的量子点光纤纤芯是掺杂有半导体纳米晶体量子点PbS或PbSe的光纤纤芯，所述的量子点光纤纤芯由摩尔配比如下的原料制成：

P₂O₅          50～75份

ZnO           5～20份

M₂O₃          5～20份

R₂O           10～25份

含F化合物     1～7份

含Cl化合物    0.5～5份

形成半导体纳米晶体量子点的掺杂物    0.1～2份