高分子材料修饰的量子点单模光纤放大器及其制造方法

摘要

本发明涉及一种高分子材料修饰的量子点单模光纤放大器及其制备方法，属于纳米材料相复合的光纤放大器技术领域。此单模光纤放大器，是将高分子材料修饰的半导体量子点，以溶液的形式涂覆在裸2×2熔锥光纤耦合器的熔锥区，当信号光和泵浦光同时通过锥区，通过渐逝波激发，达到信号光的放大。通过量子点制备与涂覆过程分离，使高分子修饰量子点的制备质量好、浓度高、分散性好，并从油相经相转化成了水溶性量子点涂覆液，并成膜于光纤上，成一种复合的单模光纤放大器。本发明实现了高增益、宽放大带宽、小尺寸、易于集成、制备简便、低成本的水溶性半导体量子点的单模光纤放大器，该光纤放大器在超高速、大容量的宽带接入等领域具有重要的实际意义和应用价值。

主权项

一种基于高分子材料修饰的量子点单模光纤放大器制备方法，其特征在于此量子点单模光纤放大器构成：一个1550nm信号光源1，一个980nm泵浦光源2和渐逝波放大光纤3组成；其中，在渐逝波放大光纤3中，含a）为信号光输入，b）为泵浦光输入，c）为放大后信号输出，并由2*2熔锥型单模光纤耦合器4，及基于高分子修饰的PbS量子点掺杂溶胶‑凝胶淀积薄膜5组成；2*2熔锥型单模光纤耦合器4，由信号光输入光纤6，泵浦光输入光纤7，锥区8和放大后信号输出光纤9，以及泵浦光输出光纤10组成；该方法的具体步骤如下：(1)PbS半导体量子点制备的实验步骤： 3.6mmol PbCl₂和0.36mmol S分别溶解在2.4mLOLA, 0.24mLOLA内，然后，分别在室温下N₂保护，纯化30分钟；在N₂保护下，PbCl₂ –OLA悬浮液加热到160℃，保持此温度至少1小时，然后冷却到120℃，保持15分钟， N₂通入保护，室温下S‑OLA，在PbCl₂ –OLA悬浮液搅拌下注入，合成温度在100℃，控制合成时间1‑10分钟，获得不同尺寸的PbS QDs；用温度为0的冰水进行萃取，然后PbS QDs溶液与乙醇以体积1:5添加进行离心，然后QDs分散在正己烷内，重复上述操作两次，最后离心得到的固体分散于甲苯中保存；(2) 高分子修饰半导体量子点及量子点涂覆溶液制备步骤： 取10.3mg合成的量子点与21.1mg合成的高分子材料，加入10ml三氯甲烷，加入10ml乙醇，超生15分钟，获得澄清的溶液—称B液；正硅酸乙酯，乙醇，去离子水，盐酸，分别以6.32447ml，5ml，0.514g，0.5ml与其B液混合，回流加热2个半小时，制备出溶解溶液‑称C液；将制备的量子点溶解溶液C，与高分子材料修饰量子点醇溶液B，以3:4混合，超声15分钟，制备量子点涂覆溶液即涂覆膜的成膜前驱体溶液—称D液；(3) 单模光纤耦合器制备步骤：单模光纤耦合器，以火焰熔融拉锥的方法制备，采用标准的单模光纤，与商用单模光纤通信系统就具有很好的兼容性，光纤耦合器的分光比为1:1，锥区总长2cm，锥腰直径约16μm；高分子修饰的PbS量子点掺杂溶胶‑凝胶淀积薄膜，是由高分子材料修饰的量子点和溶解溶液C，按一定比例混合而成的涂覆膜成膜前驱体溶液D；(4)高分子材料修饰的量子点单模光纤放大器制备：将量子点溶解溶液C与修饰好的量子点醇溶液B, 依次以体积比3:4混合，采用提拉法镀膜,即将上述配置的高分子材料修饰的PbS量子点，制成了所需薄膜的成膜前驱体溶液D,用滴管滴在圆规尖头，通过微调，将裸锥浸入到圆规尖头的，该种量子点的涂覆溶液‑‑即作为成膜前驱体溶液D中，后应用二个定滑轮，定滑轮要放在同一条直线上，距离长短可根据裸锥来确定，然后将裸锥，固定定滑轮中央槽里，一端坠一重物，另一端与提拉机相接，重物要适中，以避免光纤耦合器在溶液中晃动以及提拉时速度不均匀；然而，可以控制提拉机的速度，若速度越慢，锥区在溶液中停留的时间越长，膜厚也比较厚，提拉3次，涂覆后，自然放置，等待薄膜老化，放置三天，构成了由高分子材料修饰的PbS量子点掺入的薄膜，测试量子点光纤放大器的放大特性；把980nm波长的半导体激光器作为泵浦光，1550nm波段的半导体激光器作为信号光，分别连接至光纤放大器的输入端，则另一端口输出的为放大后的信号光。