一种PbSe量子点掺杂钠铝硼锗酸盐玻璃光纤制造技术

本发明专利技术涉及一种PbSe量子点掺杂钠铝硼锗酸盐玻璃光纤(QDFA)。本发明专利技术通过优化熔化退火热处理条件，制备了埋入粒径为4.08‑5.88nm的量子点掺杂光纤(QDF)。制备的QDF在NIR区域具有强而稳定的光致发光(PL)发射。QDFA包括QDF，波分复用器，隔离器和泵浦激光器。可以看出，QDFA中的宽带信号在1260–1380nm的波长范围内被放大，具体取决于QD的大小。中心波长处的开关增益为16.4dB，当输入信号功率为‑17dBm时，3‑dB带宽达到80nm。在实验中还观察到了激励阈值和增益饱和。这种基于玻璃的QDFA展示了一种新颖的方法，可扩展掺fiber光纤放大器的当前波段，并在未来实现工业应用。

【技术实现步骤摘要】
一种PbSe量子点掺杂钠铝硼锗酸盐玻璃光纤
本专利技术属于5G光纤传感应用领域，具体涉及一种PbSe量子点掺杂钠铝硼锗酸盐玻璃的光纤放大器。
技术介绍
光纤放大器是光纤通信系统中一种重要的光学设备。由于稀土离子的性质的限制，常规光纤放大器(例如掺ped光纤放大器，EDFA)的带宽和增益不能得到明显改善。期望性能更高的光纤放大器。由于独特的量子约束效应和光学性能，量子点(QD)最近引起了很多关注。在近红外波段中，在制备包括PbSe，PbS和PbTe系统在内的高发光IV-VIQD方面取得了很大的成功。其中，具有不简并能带结构的PbSeQD具有理想的光学特性，包括QD太阳能电池的高量子产率(高达300％[3])，高光致发光(PL)效率以及尺寸依赖性吸收发射光谱。通过使用高PL效率和可调光谱的特性QD中，掺QD的光纤放大器(QDFA)表现出理想的光放大性能，例如宽带宽，平坦增益和低噪声。据报道，QDFA可以覆盖近红外区域的S-C-L(短常规-长)波段，形成全波段放大。当前，有三种主要方法用于制造QD掺杂光纤(QDF)。首先是将通过胶体合成制备的量子点混合到基质(例如UV胶)中，然后将它们填充到空心纤维芯中以形成量子点掺杂的纤维。在第二种方法中，首先通过使普通纤维逐渐变细来制备QDF，然后将QD胶体涂覆在纤维外部以获得QDF，然后通过e逝波泵浦将其激发。第三种方法是先通过高温熔融和拉丝工艺制备玻璃纤维，然后对纤维进行退火以在纤维内形成结晶的量子点。从长远来看，由于其高稳定性，特别是与工业纤维制造的兼容性，可以开发基于玻璃基板的QDFA。现有授权专利，授权号为CN105137536B的中国专利技术专利公开了一种单模光纤，包括有芯层和包层，芯层为掺锗(Ge)和氟(F)的二氧化硅(SiO2)石英玻璃，芯层的直径Dcore为6.5μm至7.5μm，芯层的相对折射率Δ1的范围为0.70％至0.75％；包层有2个分层，内分层为掺氟二氧化硅石英玻璃分层，外分层为纯二氧化硅石英玻璃；所述包层的直径Dclad的范围为为124μm至126μm。该专利技术光纤的截止波长为1300nm-1460nm，工作波长范围为1550nm，其MFD为7.0μm-7.6μm，光纤衰减小于0.26dB/km(在1550nm)。本专利技术光纤具有较好的抗弯曲性能，其宏弯损耗小于0.02dB(Φ10mm25圈)；绕成小尺寸器件时具有良好的抗弯曲性能，其宏弯损耗小于0.03dB(Φ15mm400圈)。但是现有光纤材料仍需要更加宽的带宽和更低的噪声以及更易于增加激光发射和光放大的方向进行拓展。
技术实现思路
本专利技术针对上述存在的问题采用以下技术方案:一种PbSe量子点掺杂钠铝硼锗酸盐玻璃的光纤放大器，PbSe量子点掺杂钠铝硼锗酸盐玻璃由以下按重量份数计原料组成，组成包括：GeO240～52份、Na2CO318～24份、Al2O32～5份、B2O33～4份、ZnO6～8份、AlF3·3H2O3～4份PbO5～6.2份、ZnSe3～3.5份。Al2O3用于调节玻璃形成能力,ZnO有助于QD合成，减少硫物种的挥发，使底物更均匀；Na2CO3用于辅助量子点的混合,AlF3·3H2O加速玻璃形成反应，降低熔融玻璃液的粘度和表面张力,同时AlF3·3H2O可以促进玻璃液的澄清和均质化，并且可以作为用于QD生长的有效成核引发剂。ZnO是玻璃基质体系的中间氧化物，可促进PbSeQD的形成，增加玻璃和纤维中QD的浓度。作为优选，ZnSe合成QDs的前驱体。由于在现有技术中Se作为前驱体时在高温下容易蒸发。在此，将QDs的前驱体替换为ZnSe，ZnSe在高温熔化(1400℃)下，大多数ZnSe可以保留在玻璃基质中。本专利技术还包括一种PbSe量子点掺杂钠铝硼锗酸盐玻璃光纤的制备工艺，该工艺包括以下步骤：1)将GeO2，Na2CO3，Al2O3，B2O3，ZnO，AlF3·3H2O，PbO，ZnSe在陶瓷研钵中充分研磨，并在搅拌器(750T型)中搅拌约5分钟一次，搅拌数次，以使混合物充分均质；2)将步骤1)混合物倒入刚玉坩埚中并加盖，将坩埚放入箱式高温烧结炉(KSL1700X型)中，将混合物在熔化，并在1h后取出，冷萃；3)将冷萃后的熔融混合物再次放入箱式高温烧结炉中，750℃保持30分钟；4)采用铁丝伸入熔体中，垂直拉伸，然后拉制直径约80–120μm的玻璃纤维；5)将步骤4)拉制的玻璃纤维放置在石英舟中，将舟皿放置在真空管式高温烧结炉(OTF-1200X型)中，一次退火，退火完成后将舟皿放置在氩气管式炉中二次退火。制备得到的PbSe量子点掺杂钠铝硼锗酸盐玻璃的光纤放大器显示均匀的棕色，表明PbSeQD晶体均匀分布在光纤中。QDF的圆度，均质性和表面粗糙度相对接近于传统的GeO2纤维作为优选，步骤2熔融温度为1300～1400℃，采用冰浴进行冷萃。作为优选，步骤2热拉制温度为410-420℃。作为优选，步骤5)中退火温度为530～560℃，一次退火时间为7～33h。本专利技术的有益效果：1).本专利技术制备得到的PbSe量子点掺杂钠铝硼锗酸盐玻璃光纤放大器具有更宽的带宽和更低的噪声。2).与渐逝波激发的锥形光纤放大器相比，PbSe量子点掺杂钠铝硼锗酸盐玻璃光纤放大器的增益更大，泵浦阈值明显降低，有利于激光发射和光放大。3).本专利技术制备得到的PbSe量子点掺杂钠铝硼锗酸盐玻璃光纤放大器具有结构简单，成本低廉，易于制造的优势。附图说明图1为实施例1的透射光谱图图2为实施例2纤维样品中PbSe量子点的粒径分布图图3为实施例3泵浦功率-波长信号图具体实施方式下面将对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。此外，下面所描述的本专利技术不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。在本专利技术中，所用原料均为市售品。实施例1本实施例提供的一种PbSe量子点掺杂钠铝硼锗酸盐玻璃光纤的制备工艺包括如下步骤:1)将52份GeO2，24份Na2CO3，3份Al2O3，4份B2O3，8份ZnO，4份AlF3·3H2O，5.8份PbO，3.2份ZnSe在陶瓷研钵中充分研磨，并在搅拌器(750T型)中搅拌约5分钟一次，搅拌数次，以使混合物充分均质；2)将步骤1)混合物倒入刚玉坩埚中并加盖，将坩埚放入箱式高温烧结炉(KSL1700X型)中，将混合物在熔化，并在1h后取出，其中熔融温度为1300℃，采用冰浴进行冷萃。3)将冷萃后的熔融混合物再次放入箱式高温烧结炉中，750℃保持30分钟；4)采用铁丝伸入熔体中，垂直拉伸，然后拉制直径约120μm的玻璃纤维，热拉制温度为420℃。5)将步骤4)拉制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种PbSe量子点掺杂钠铝硼锗酸盐玻璃的光纤，其特征在于，所述PbSe量子点掺杂钠铝硼锗酸盐玻璃由以下按重量份数计原料组成，组成包括：/n

【技术特征摘要】
1.一种PbSe量子点掺杂钠铝硼锗酸盐玻璃的光纤，其特征在于，所述PbSe量子点掺杂钠铝硼锗酸盐玻璃由以下按重量份数计原料组成，组成包括：





2.根据权利要求1所述一种PbSe量子点掺杂钠铝硼锗酸盐玻璃的光纤其特征在于，所述ZnSe为合成PbSe量子的前驱体。


3.一种PbSe量子点掺杂钠铝硼锗酸盐玻璃的光纤的制备工艺，该工艺包括以下步骤：
1)将GeO2，Na2CO3，Al2O3，B2O3，ZnO，AlF3·3H2O，PbO，ZnSe在陶瓷研钵中充分研磨，并在搅拌器(750T型)中搅拌约5分钟一次，搅拌数次，以使混合物充分均质；
2)将步骤1)混合物倒入刚玉坩埚中并加盖，将坩埚放入箱式高温烧结炉(KSL1700X型)中，将混合物在熔化，并在1h后取出，冷萃；
3)将冷萃后的熔融混合物再次放入箱式高...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁芳，张斌斌，
申请(专利权)人：宁芳，
类型：发明
国别省市：湖北;42