[发明专利]基于金属表面等离子共振增强效应的PbS量子点光纤放大器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于金属表面等离子共振增强效应的PbS量子点光纤放大器及其制造方法。利用熔锥型光纤作为渐逝波放大的放大光纤，在熔锥区外面先镀上金属纳米颗粒薄膜，再涂覆上PbS量子点半导体纳米材料，从而实现基于金属表面等离子共振增强效应的纳米半导体材料的渐逝波光纤放大效果。首先制作1×1熔锥光纤器件，接着制备金属纳米颗粒和PbS量子点半导体材料，再在光纤锥区表面通过化学生长法镀上金属膜以及涂覆量子点半导体材料，从而制成渐逝波放大光纤，最后制成放大器系统。本发明PbS量子点光纤放大器，具有光谱宽，体积小，价格低廉，性能稳定，增益高等特点，可广泛应用于长距离、大容量、高速率的通信系统的光信号放大。

技术领域

本发明涉及一种光纤放大器及其制备方法，特别是涉及一种纳米量子点光纤放大器及其 制备方法，应用于通信技术和纳米材料制备的技术领域。

背景技术

光通信的发展对光纤放大器性能方面提出了新的要求，要求它向宽光谱、高增益、低噪 声的方向发展。目前，使用的光纤放大器大多都是掺稀土光纤放大器，如掺铒光纤放大器。 近年来，学者们提出多种方法用以增加光纤放大器的增益带宽，比如将掺杂不同稀土元素的 放大器串接起来、采用双包层掺杂稀土光纤等。即便如此，掺天然元素的光纤放大器的技术 潜力实际上已经穷尽。为了满足现代光通信不断发展的需要，亟待寻找一种新型的光纤放大 器，这种放大器应当具有更宽的带宽、更高的增益和更低的噪声。近年来，人工纳米晶体材 料发展迅猛，理论研究和试验探索表明量子点可作为良好的光增益和放大介质。

半导体量子点，是一种新型的有源材料。鉴于量子点强荧光等光学特性，采用半导体量 子点作为有源物质，可以实现较大的增益窗口，并且可以灵活的调整窗口的位置。同时，相 对于自然界珍贵的稀土元素，采用半导体量子点制备有源光纤，并用于制备光纤放大器，光 纤激光器等，可以节省成本。

纳米金属材料具有许多传统材料无法媲美的独特的光学与电学性质，在材料科学、生命 科学与纳米光子学领域具有广泛的应用前景。当光场等外电场作用于Au、Cu、Ag等金属时， 金属表面或界面上形成感应电荷。当金属颗粒粒径远远小于入射波长，且颗粒固有振荡频率 和入射波长相近时，产生表面等离子体共振效应。研究人员发现利用金属纳米颗粒的表面等 离子共振对荧光的增强效应可以提高荧光分子的荧光强度，但未见有将其应用于光纤放大器 的相关报道。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种基于金 属表面等离子共振增强效应的PbS量子点光纤放大器及其制备方法，利用表面等离子共振对 量子点荧光强度增强的作用，制作新型量子点光纤放大器，具有光信号的放大功能，可解决 掺杂稀土光纤必须使用米级的长光纤实现光信号放大的问题，通过厘米级的较短的光纤实现 光信号放大；本光纤放大器具有宽带特性，可以通过改变PbS量子点的尺寸来改变放大波段， 是普通掺铒光纤带宽的3～5倍；本发明基于金属表面等离子共振增强效应的PbS量子点光纤 放大器是在已有的量子点光纤放大器基础上结合纳米金属颗粒的表面等离子共振效应，极大 地增强了量子点荧光效果以达到较高的放大增益；本发明采用的PbS量子点是通过高分子修 饰后的纳米半导体材料，具备更优秀的器件稳定性；本发明根据已有的光纤制备技术，结合 纳米制作技术和工艺方法，在光纤的制作技术和工艺流程方面，提出一套实用可行的基于金 属表面等离子共振增强效应的PbS量子点光纤放大器制造方法。

为了达到上述发明目的，本发明采用如下构思：

本发明提出一种基于金属表面等离子共振增强效应的PbS量子点光纤放大器，它是基于 纳米材料技术、半导体理论、金属表面等离子共振理论和光纤渐逝波理论，采用熔锥光纤作 为光纤渐逝波放大的放大光纤，并在熔锥表面镀上金属纳米颗粒后再涂覆纳米级半导体材料 实现的。

根据上述发明构思，本发明采用如下技术方案：