实验结果与讨论

研究发现Zn S:Er/Zn S量子点组装光子晶体光纤的发射光谱与本身Zn S:Er/Zn S量子点的发射光谱发射峰位置相同，但量子点组装光子晶体光纤在1516nm、1563 nm、1570nm波长产生类似激光的发射。我们认为可能有三种原因，一是可能产生随机激光;二是光子带隙效应对量子点自发辐射的影响产生激光;三是量子点组装光子晶体光纤的非线性效应产生激光，也可能是多种因素共同作用的结果。

其中，光子晶体的光子能带可以影响量子点自发辐射。当光子晶体无缺陷时，根据其边界条件的周期性要求，不存在光的衰减模式。当量子点的自发辐射位于光子带隙附近时，随着激发态能级由通带移往禁带，光的局域化以及原子和辐射场之间的量子相互作用越强，原子的自发辐射就越受到抑制。随着激发态能级由通带移往禁带，原子的缀饰态能级逐渐地移进光子禁带中，因而在光子禁带中出现分立的单光子-原子局域缀饰态，即形成局域态，使居于激发态能级上的稳态原子布居数增多，传输场中的能量减少，能量逐渐局域在原子周围，抑制了自发辐射，如公式(7.29)所示［16，17］。

图7.10 Zn S∶Er/Zn S量子点组装光子晶体光纤的发射光谱

光子带隙中自发辐射可以描述为［16］:

在光子晶体中存在某种缺陷模式下激发态原子的光谱响应可描述为:

但是引入缺陷后，晶体的原有的对称性遭到破坏，在光子晶体的禁带中就可能出现频宽极窄的缺陷态或局域态，光子晶体光纤就是光子晶体中引入缺陷态的典型代表。同时，在光子晶体中加入量子点材料，光子禁带中也会出现品质因子非常高的杂质态。它具有很大的态密度，这样便可以增强自发辐射，但如果引入的是点缺陷，则可以制作成高品质因子的光子晶体谐振腔，而量子点组装光子晶体光纤在利用光子晶体光纤已经存在的缺陷态的基础上，很可能进一步形成某些点缺陷，形成光子晶体谐振腔。

因此，认为量子点组装光子晶体光纤的发射光谱中出现类似激光的发射的原因之一是光子带隙效应对量子点自发辐射的影响。