一種InS@ZnS量子點的全光波長轉換器的制作方法

本實用新型屬于光信息轉換技術領域，涉及全光波長轉換器，具體涉及一種InS@ZnS量子點的全光波長轉換器。

背景技術：

波長轉換器是把光信號從一個波長轉換到另一個波長上的器件，全光波長轉換器是波分復用光網絡及全光交換網絡中的關鍵部件。波長轉換器按其工作原理主要可以分為：光/電/光型波長轉換器、相干型波長轉換器和基于光邏輯門的波長轉換器。目前，較為成熟的波長轉換器主要是光/電/光型的波長轉換器，光/電/光型的波長轉換器先將光信號轉換成電信號，經定時再生后，產生再生的電信號和時鐘信號，再用該電信號對標準波長的激光器重新進行調制，從而實現波長轉換。但是，它對信號格式和調制速率不透明，系統升級和應用范圍受限。

傳統的全光波長轉換器大多是基于增益介質的非線性效應來實現的。這些波長轉換器由于穩定性差或轉換效率低等不足而一直沒有實用化。

量子點是由有限數目的原子組成，三個維度尺寸均在納米數量級。量子點一般為球形或類球形，是由半導體材料(通常由IIB~ⅥA或IIIA~VA元素組成)制成的、穩定直徑在1~20 nm的納米粒子。量子點是在納米尺度上的原子和分子的集合體，既可由一種半導體材料組成，如由IIB.VIA族元素(如CdS、CdSe、CdTe、ZnSe等)或IIIA.VA族元素(如InP、InAs等)組成，也可以由兩種或兩種以上的半導體材料組成。作為一種新穎的半導體納米材料，量子點具有許多獨特的納米性質，其典型尺度為幾個納米到幾十個納米之間，其具有的獨特性質：很好的光穩定性、寬的激發譜、窄的發射譜和較大的斯托克斯位移等。

技術實現要素：

本實用新型針對現有技術的不足，提供一種InS@ZnS量子點的全光波長轉換器，該全光波長轉換器具有設計成本低、可靠性強、光穩定性好、光轉化效率高、寬的激發譜、窄的發射譜、較大的斯托克斯位移等特點。

本實用新型采用的技術方案如下：一種InS@ZnS量子點的全光波長轉換器，主要包括激光器、第一光連接器、InS@ZnS量子點材料、TiO2膠體、第二光連接器、光譜儀；其特征在于：激光器輸出端通過第一光纖與第一光連接器的輸入端連接；第一光連接器的輸出端與InS@ZnS量子點材料的輸入端連接；InS@ZnS量子點材料的輸出端與第二光連接器的輸入端連接；第二光連接器的輸出端通過第二光纖與光譜儀的輸入端連接。

本實用新型所述激光器為一種可調諧連續波長激光器。

本實用新型所述的可調諧連續波長激光器發出的輸入信號光的波長范圍為 1350～1650nm。

本實用新型所述量子點材料為InS@ZnS量子點，量子點尺寸大小在 1 ～ 10nm，吸收峰值寬度為 600 ～ 1500nm，輻射光譜范圍為1000 ～ 1600nm。

本實用新型所述量子點材料為InS@ZnS量子點。

本實用新型通過選擇能級匹配的TiO2膠體來調控能級結構，達到與給體材料能級相互匹配的程度，增加電子/空穴的分離傳輸效率。

本實用新型InS@ZnS量子點制備是這樣來實現的，其特征是方法步驟如下：

（1）以硫、乙酸鋅別作為銦前驅體和鋅前驅體，以硫粉溶于三丁基磷（TBP）制備的三丁基氧化磷作鋅前驅體，以硫粉溶于1-十八烯的溶液作為硫源，以1-十八烯為溶劑，油酸作為反應配體制得油溶性InS@ZnS量子點。乙醇促使量子點沉淀，離心分離提純，三氯甲烷溶解分散。

（2）氧化銦：乙酸鋅：硫粉以1:10:2的摩爾比反應制得InS@ZnS量子點，此時量子點含有未反應的有機雜質，加入過量乙醇促使量子點沉淀離心分離得固體粉末，量子點不溶于丙酮會沉淀下來，而雜質會溶于丙酮，采用離心方法可將量子點提純；

本實用新型的有益效果：1、利用InS@ZnS量子點材料的寬吸收譜、窄發射譜的特點來實現傳輸的某一波長的輸入信號光轉換為另一波長的輸出信號光。當一束光照射到量子點材料上，激發的電子從導帶躍遷到價帶，從而發射光子。量子點作為一種新穎的半導體納米材料，具有許多獨特的納米性質。其典型尺度為幾個納米到幾十個納米之間，由于受量子點尺寸效應和限域效應的影響，量子點顯示出獨特的發光特性，量子點的發光波長根據量子點尺寸的不同而不同，尺寸越小，發射光的波長越小，所以可以調節量子點尺寸得到需要的波長范圍。2、利用量子點材料的寬吸收譜特性，本實用新型可用于將近紅外波段的光信號轉換到長波段來進行后續的光電轉換和信號處理。3、量子點材料制備簡單、材料成本低，且其穩定的光轉化效率特別適用于全波段光電轉化器中。

附圖說明

圖1為本實用新型的系統框架圖。

圖2為本實用新型中InS@ZnS量子點（4.5nm）的吸收譜及輻射光譜圖。

在圖中，激光器 為1、第一光連接器為2、InS@ZnS量子點材料為3、TiO2膠體為4、第二光連接器為5和光譜儀為6。

具體實施方式

本實用新型是這樣來工作和實施的，如圖 1 所示，一種InS@ZnS量子點的全光波長轉換器包括激光器 1、第一光連接器 2、InS@ZnS量子點材料 3、TiO2膠體4、第二光連接器 5和光譜儀 6；可調諧連續波長激光器 1 的輸出端通過第一光纖7與第一光連接器 2 的輸入端連接；第一光連接器 2 的輸出端與InS@ZnS量子點材料 3的輸入端連接；InS@ZnS量子點材料 3的輸出端與TiO2膠體4連接；TiO2膠體4與第二光纖5連接器連接。第二光連接器5的輸出端通過第二光纖8與光譜儀6的輸入端連接。可調諧連續波長激光器 1 發出的輸入信號光的波長在 1000 ～ 1600nm 范圍內都可以選擇； InS@ZnS量子點材料 3 的量子點尺寸大小在 2 ～ 9nm 內都可以選擇，對應的吸收峰值寬度為 600～1500nm，輻射光譜范圍為 1000～1600nm。

1、InS@ZnS量子點制備是這樣來實現的，其特征是方法步驟如下：

（1）以硫、乙酸鋅別作為銦前驅體和鋅前驅體，以硫粉溶于三丁基磷（TBP）制備的三丁基氧化磷作鋅前驅體，以硫粉溶于1-十八烯的溶液作為硫源，以1-十八烯為溶劑，油酸作為反應配體制得油溶性InS@ZnS量子點。乙醇促使量子點沉淀，離心分離提純，三氯甲烷溶解分散。

（2）氧化銦：乙酸鋅：硫粉以1:10:2的摩爾比反應制得InS@ZnS量子點，此時量子點含有未反應的有機雜質，加入過量乙醇促使量子點沉淀離心分離得固體粉末，量子點不溶于丙酮會沉淀下來，而雜質會溶于丙酮，采用離心方法可將量子點提純。

2、TiO2膠體的制備是這樣來實現的，其特征是方法步驟如下：

（1）向100ml的蒸餾水中緩慢滴入10ml的鈦酸正四丁酯，充分的磁力攪拌后得到白色沉淀物；

（2）將得到的白色沉淀物用去離子水洗滌并過濾；

（3）將抽干后的濾粉轉移至150ml的錐形瓶中，加入0.8ml的濃硝酸和10ml的醋酸，80℃密閉均勻攪拌直到透明淡藍色的膠體，至此為止，TiO2前驅體便已形成；

（4）然后向膠體中加去離子水至150ml，繼續充分攪拌30min使其水解完全；

（5）將制得的TiO2前驅體移入100ml的反應釜中，在200℃的高溫下水熱24 h得到初期TiO2膠體；

（6）加入0.075 g的P25，超聲并再次水熱12h使其重結晶。最后加入0.5 g PEG-20000和數滴稀釋的OP乳化劑，通過熱蒸發方式，將得到的懸浮液濃縮至原來的1/5，穩定TiO2膠體便制備好了。

本實用新型一種InS@ZnS量子點的全光波長轉換器的工作流程：激光器1模擬待轉換的輸入信號光，通過第一光連接器2照射到封裝好的InS@Zn量子點材料3中，由于量子點材料3 具有寬吸收譜、窄激發譜的特點，當輸入信號光落入吸收譜范圍內，量子點材料3吸收輸入信號光的能量，然后激發一個不同于輸入信號光的窄輻射光波，實現波長的轉換，轉換后的光經過TiO2膠體到第二光連接器5輸出到光譜儀6上。