半导体纳米晶体PbSe量子点光纤放大器

程  成; 张  航

doi:10.7498/aps.55.4139

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半导体纳米晶体PbSe量子点光纤放大器

程成 , 张航

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唯象论的经典领域

半导体纳米晶体PbSe量子点光纤放大器

程成, 张航

物理学报, 2006, 55(8): 4139-4144.

doi: 10.7498/aps.55.4139

A semiconductor nanocrystal PbSe quantum dot fiber amplifier

Cheng Cheng, Zhang Hang

Acta Phys. Sin., 2006, 55(8): 4139-4144.

doi: 10.7498/aps.55.4139

摘要
提出了一种新的光纤放大器——量子点光纤放大器(QDFA). 利用人工纳米晶体PbSe作为掺杂剂，通过解二能级系统速率方程和光传播方程，应用遗传算法和“逆方法"，计算得到了PbSe-QDFA的最佳掺杂浓度、抽运波长和光纤长度，并得到了增益、带宽和噪声系数. 与常规的掺铒光纤放大器相比较，PbSe-QDFA的带宽和噪声系数等关键指标均有明显提高，并可在长波长(约1630nm)区工作. 反演出极限QDFA所需的理想辐射和吸收截面. 理论模拟结果表明，在理想辐射和吸收截面下，QDFA的带宽极宽，噪声系数可接近量子

关键词:
量子点 /

光纤放大器 /

带宽 /

噪声
Abstract
A novel kind of fiber amplifier——quantum dot doped fiber amplifier (QDFA) is presented. Using semiconductor nanocrystal PbSe as a dopant, the gain bandwidths of the PbSe-QDFA are simulated by solving the rate equation and the light propagation equation in a two-level system, applying a genetic algorithm combined with an “inversing method”. Comparing with conventional erbium-doped fiber amplifiers available, there is evidence to show that characteristics of the PbSe-QDFA are obviously advantageous in respect of bandwidth and noise, especially on long-waelength band. Furthermore, the ideal emission-absorption cross-sections of the quantum dot are determined by utilizing the genetic algorithm. Under such ideal cross-sections, the QDFA possesses with the performance of ultra-bandwidth and low noise figure near a quantum limit.

Keywords:
quantum dot /

fiber amplifier /

bandwidth /

noise figure
作者及机构信息
程成,

张航

1.
浙江工业大学应用物理系，杭州 310023

基金项目: 全国优秀博士论文作者专项基金(批准号：200433)资助的课题.
Authors and contacts
Cheng Cheng,

Zhang Hang

1.
浙江工业大学应用物理系，杭州 310023
参考文献

施引文献

[1]	林贤峰, 张志伦, 邢颍滨, 陈瑰, 廖雷, 彭景刚, 李海清, 戴能利, 李进延. 基于M型掺镱光纤的近单模2 kW光纤放大器. 物理学报, 2022, 71(3): 034205. doi: 10.7498/aps.71.20211751
[2]	林贤峰, 张志伦, 邢颍滨, 陈瑰, 廖雷, 彭景刚, 李海清, 戴能利, 李进延. 基于M型掺镱光纤的近单模2 kW光纤放大器. 物理学报, 2021, (): . doi: 10.7498/aps.70.20211751
[3]	起俊丰, 钟祝强, 王广娜, 夏光琼, 吴正茂. 高斯切趾型光纤布拉格光栅外腔半导体激光器的混沌输出特性. 物理学报, 2017, 66(24): 244207. doi: 10.7498/aps.66.244207
[4]	刘雅坤, 王小林, 粟荣涛, 马鹏飞, 张汉伟, 周朴, 司磊. 相位调制信号对窄线宽光纤放大器线宽特性和受激布里渊散射阈值的影响. 物理学报, 2017, 66(23): 234203. doi: 10.7498/aps.66.234203
[5]	罗亿, 王小林, 张汉伟, 粟荣涛, 马鹏飞, 周朴, 姜宗福. 光纤放大器放大自发辐射特性与高温易损点位置. 物理学报, 2017, 66(23): 234206. doi: 10.7498/aps.66.234206
[6]	董繁龙, 葛廷武, 张雪霞, 谭祺瑞, 王智勇. 300 W侧面分布式抽运掺Yb全光纤放大器. 物理学报, 2015, 64(8): 084205. doi: 10.7498/aps.64.084205
[7]	周洋, 郭健宏. 双量子点结构中Majorana费米子的噪声特性. 物理学报, 2015, 64(16): 167302. doi: 10.7498/aps.64.167302
[8]	马鸿洋, 秦国卿, 范兴奎, 初鹏程. 噪声情况下的量子网络直接通信. 物理学报, 2015, 64(16): 160306. doi: 10.7498/aps.64.160306
[9]	刘红梅, 杨春花, 刘鑫, 张建奇, 石云龙. 量子点红外探测器的噪声表征. 物理学报, 2013, 62(21): 218501. doi: 10.7498/aps.62.218501
[10]	姜曼, 肖虎, 周朴, 王小林, 刘泽金. 高功率、低量子亏损同带抽运掺镱光纤放大器. 物理学报, 2013, 62(4): 044210. doi: 10.7498/aps.62.044210
[11]	杜文博, 冷进勇, 朱家健, 周朴, 许晓军, 舒柏宏. 增益竞争双波长放大单频光纤放大器理论研究 . 物理学报, 2012, 61(11): 114203. doi: 10.7498/aps.61.114203
[12]	肖虎, 冷进勇, 吴武明, 王小林, 马阎星, 周朴, 许晓军, 赵国民. 同带抽运高效率光纤放大器. 物理学报, 2011, 60(12): 124207. doi: 10.7498/aps.60.124207
[13]	杨玲珍, 乔占朵, 邬云翘, 王云才. 掺铒光纤环形激光器混沌带宽特性数值研究. 物理学报, 2010, 59(6): 3965-3972. doi: 10.7498/aps.59.3965
[14]	刘涛, 顾畹仪, 史培明, 喻松, 张华. 基于准相位匹配晶体的宽带可调谐光参量放大过程研究. 物理学报, 2009, 58(4): 2482-2487. doi: 10.7498/aps.58.2482
[15]	杨若夫, 杨平, 沈锋. 基于能动分块反射镜的两路光纤放大器相位探测及其相干合成实验研究. 物理学报, 2009, 58(12): 8297-8301. doi: 10.7498/aps.58.8297
[16]	任广军, 魏臻, 张强, 姚建铨. 掺钕保偏光纤放大器的研究. 物理学报, 2009, 58(6): 3897-3902. doi: 10.7498/aps.58.3897
[17]	王春灿, 张帆, 童治, 宁提纲, 简水生. 大功率单频多芯光纤放大器中抑制受激布里渊散射的分析. 物理学报, 2008, 57(8): 5035-5044. doi: 10.7498/aps.57.5035
[18]	赵振宇, 段开椋, 王建明, 赵卫, 王屹山. 高功率光子晶体光纤放大器实验研究. 物理学报, 2008, 57(10): 6335-6339. doi: 10.7498/aps.57.6335
[19]	肖瑞, 侯静, 姜宗福, 刘明. 三路光纤放大器相干合成技术的实验研究. 物理学报, 2006, 55(12): 6464-6469. doi: 10.7498/aps.55.6464
[20]	程庆华, 曹力, 吴大进. 信号调制色泵噪声和实虚部间关联量子噪声驱动下单模激光的随机共振现象. 物理学报, 2004, 53(8): 2556-2562. doi: 10.7498/aps.53.2556

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物理学报. 2006, 55(8): 4139-4144.

doi: 10.7498/aps.55.4139.

半导体纳米晶体PbSe量子点光纤放大器

程成
张航

1. 浙江工业大学应用物理系，杭州 310023

基金项目: 全国优秀博士论文作者专项基金(批准号：200433)资助的课题.

收稿日期: 2005-06-10
修回日期: 2006-04-20
刊出日期: 2006-04-05

摘要: 提出了一种新的光纤放大器——量子点光纤放大器(QDFA). 利用人工纳米晶体PbSe作为掺杂剂，通过解二能级系统速率方程和光传播方程，应用遗传算法和“逆方法"，计算得到了PbSe-QDFA的最佳掺杂浓度、抽运波长和光纤长度，并得到了增益、带宽和噪声系数. 与常规的掺铒光纤放大器相比较，PbSe-QDFA的带宽和噪声系数等关键指标均有明显提高，并可在长波长(约1630nm)区工作. 反演出极限QDFA所需的理想辐射和吸收截面. 理论模拟结果表明，在理想辐射和吸收截面下，QDFA的带宽极宽，噪声系数可接近量子

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光纤放大器 /
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