常用光纤材料基底中Ⅱ-Ⅵ族CdS、CdSe和CdTe量子点光谱的吸收和散射截面

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当前的通信业正朝着高带宽、高安全性的方向发展。光纤在带宽、重量、价格、抗干扰、安全性等方面具有优势。近年来,人工半导体纳米晶体(量子点)由于其独特的光学、电学特性而得到了人们的极大注意。由于量子点的发光特性可以通过改变量子点的尺寸来进行控制,因而,量子点在生物医学、荧光探针、光增益器件、量子点LED等方面展现了极为广阔的应用前景。光放大器是光纤通信系统中的一个关键部件。在量子点光纤放大器中,量子点不仅是传光介质,而且还是增益介质。当泵浦光进入量子点光纤后,其消光主要是由量子点以及光纤基底材料的吸收、散射等因素所造成的。在泵浦光的作用之下,量子点中的基态或价带中的电子通过吸收泵浦光的能量被激励至导带,电子向下跃迁产生荧光辐射或受激辐射,其吸收几率和荧光辐射(受激辐射)几率由吸收截面和辐射截面描述。因此,在理论和实验上,研究量子点的吸收、辐射和散射截面非常重要。本文较为系统地讨论了II-VI族量子点的吸收截面和散射截面的计算方法。主要工作如下:首先,依据米氏(Mie)散射理论,通过分析,我们确定了在常用光纤基底材料中,决定CdSe,CdS和CdTe量子点的吸收和散射截面的主要因素是量子点的半径大小。其次,应用米氏散射理论,通过对常用光纤基底材料(PMMA、SiO2)中CdS,CdSe和CdTe量子点的光谱截面分析,归纳得到了一个简洁的吸收和散射截面的表达式,给出了CdS,CdSe和CdTe量子点的吸收截面和散射截面随波长的变化。由于米氏理论未涉及量子点内部原子结构,得到的吸收截面随波长变化并不出现峰值,因此,我们利用广泛采用的有效质量近似法,确定了与CdSe,CdS和CdTe量子点粒径相关的吸收峰波长。最后,我们比较了吸收峰值波长处的吸收截面与实验测量值。结果表明,米氏散射理论和实验测量的吸收截面相当接近,米氏散射理论可很好地用来计算球形量子点的吸收截面和散射截面。本文介绍的确定II-VI族量子点吸收和散射截面的方法,可以推广到其它族的量子点上去。得到的截面数据是一组十分有用的基础性数据,可直接用于增益型器件(光放大器、激光器)以及其它类型的量子点光电子器件(例如太阳能电池等)的数值建模和理论分析。
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