量子点组装光子晶体光纤光子器件研究

光子晶体光纤特殊的传导机制和可灵活设计的结构，使它具有普通光纤无法比拟的独特性质。随着光子晶体光纤理论分析和制造工艺日臻成熟，人们已经设计并制造出具有各种特性的光子晶体光纤，并利用这些具有特殊性能的光纤研究新型的光电子器件，包括光纤光栅、脉冲压缩、超连续、光纤方向耦合器光开关、激光器和放大器等［1-7］，其中，光子晶体光纤激光器的研究受到极大关注。

纵观光纤激光器的发展，光纤激光器以其效率高、线宽窄、阈值低、可调谐、紧凑小巧和性价比高等诸多优点受到普遍关注，特别是稀土掺杂光纤技术的发展促进了有源光纤器件及技术的崛起和腾飞。自开发出掺稀土离子单模光纤制造技术以来，光纤激光器的研究取得了巨大的进展。而利用光子晶体光纤进行激光器研究，极大地推动光纤激光器的发展。

根据光子晶体光纤激光器工作机制的不同，可以将其分为两类，一类是采用活性介质，利用受激辐射机制实现光的直接放大，不同的稀土掺杂离子具有不同的受激辐射频谱，从而可实现不同波段的放大;另一类是基于光纤的非线性效应，利用受激散射机制实现光的直接放大，如光纤拉曼器件等。光子晶体光纤激光器具有很多优势，由于光子晶体光纤具有可以灵活设计的模场特性，能改变传导模式和有源介质之间的相互作用，可以制造适能用于不同要求的激光器小模场面积的光子晶体光纤的激光器具有更好的限光能力，且阈值低;而大模场面积的光子晶体光纤可以应用于高功率的情况。在光子晶体光纤的纤芯中掺入稀土元素，可以制成光纤激光器、放大器等有源器件。

目前对于光子晶体光纤激光器的研究主要包括光子晶体光纤与包层泵浦技术结合的双包层光子晶体光纤激光器，其具有更大的模场面积和更大的内包层数值孔径，从而避免由于高功率和放大自发辐射所产生的非线性效应和效率降低，提高泵浦光的耦合效率［8-13］。

同时，量子点和光子晶体光纤是目前处于国际研究前沿的两种人造材料。前者体现了对电子能带的控制作用，而后者则体现了对光子能带的控制作用。我们将两者结合起来，以便同时控制电子和光子，为研制一种新颖的、高效的激光器和新型光源提供新的可能。把量子点放置在二维光子晶体波导中，已经观察到光子带隙效应可以改变量子点的自发辐射性质，并获得了高效的量子点激光器。光子晶体光纤是目前应用最成功的一种二维光子晶体，与二维光子晶体波导相比，光子晶体光纤可以具有更长的作用长度和相对简单的制造工艺。因此，通过量子点与光子晶体光纤的有机结合，来实现新型量子点光纤激光器也是可能的。

本章将量子点与光子晶体光纤有机结合，在前述量子点组装光子晶体光纤理论和实验研究的基础上，进行了量子点组装光子晶体光纤光子器件的相关探索。