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光纤放大器高增益、低噪声以及对信号透明的特点,使光纤通信本身的优点能够得以充分体现,它推动着光纤通信技术向超高速、超宽带、超大容量、超长距离的方向发展,使DWDM、光孤子传输、全光网络等技术成为可能。因此,光放大器成为当代光纤通信系统的核心器件之一。近年来,超大功率、超宽带、参数优化、低噪声越来越成为光纤放大器追求的目标和国内外关注的焦点,是当今光纤放大器发展的几个热点问题。
本文介绍了基于半导体量子点的特性,结合光纤渐逝波耦合器,研制的一种新型的光纤放大器-半导体量子点渐逝波耦合光纤放大器,它将硫化铅(PbS)半导体量子点材料沉积于耦合器熔锥区,信号光和泵浦光通过渐逝波共同与半导体量子点材料相互作用,实现光的放大作用。
论文首先介绍了光放大器技术以及当今纳米材料和纳米科技的发展状况,阐述了目前提高光放大器性能的优缺点的一些方法,引出了本文课题。接着从理论上分析了单模光纤渐逝波的原理,研究了半导体量子点材料的特性,给出了半导体量子点的大小与量子点的吸收谱之间的关系,对半导体量子点渐逝波耦合光纤放大器的放大特性进行了理论推导。
在研究了半导体量子点渐逝波耦合光纤放大器的制作过程之后,我们应用反胶束法和溶胶凝胶法制备了PbS纳米级半导体材料,并对粒子特性和光谱特性进行了测试和表征,并且使用浸渍提拉法分别将反胶束法和溶胶凝胶法制备的量子点进行涂膜,制备了半导体量子点渐逝波耦合光纤放大器。最后对两种方法制备的光纤放大器的增益特性进行了测试,测试结果表明在980nm的泵浦光作用下,用反胶束法涂膜的量子点光纤放大器在1550nm波段存在光放大现象,用溶胶凝胶法涂膜的量子点光纤放大器在1310nm波段存在光放大现象,而且在泵浦功率大于70mW时,其增益大于3dB,且最大增益可达到10dB以上。
文中最后对本课题的工作做了总结,从理论及实验结果来看,这种半导体量子点渐逝波耦合光纤放大器具有许多优点,例如高增益、小体积、全光纤结构,并且其制作工艺比较简单。因此我们相信这种新型的光纤放大器必将会在以后的光纤通信系统中获得广泛的应用。