一種用于熒光增強(qiáng)和混合的量子點(diǎn)摻雜光纖光錐的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于量子點(diǎn)發(fā)光和光纖領(lǐng)域，具體涉及一種用于熒光增強(qiáng)和熒光混合的量子點(diǎn)摻雜光纖光錐。
【背景技術(shù)】
[0002]—般的光源是由不同波長(zhǎng)的單色光所混合而成的復(fù)色光，在物理學(xué)里所謂的單色光是指具有單一波長(zhǎng)不能再通過(guò)色散分解的電磁輻射，在實(shí)際中，并沒(méi)有任何光源能夠制造出純單色光，通常我們把發(fā)射的光波線寬非常窄的光也稱(chēng)為單色光。目前獲得單色光源的主要手段有激光器和單色儀，但激光器和單色儀所用設(shè)備復(fù)雜，價(jià)格昂貴，使用不便，并且激光器受其發(fā)射機(jī)理的限制，其波段比較單一，很難在寬波段范圍實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧。因此，一種應(yīng)用方便靈活，安裝調(diào)試簡(jiǎn)單、波段可調(diào)諧、發(fā)射光譜窄的新型單色光源亟待研究。
[0003]量子點(diǎn)是一種準(zhǔn)零維半導(dǎo)體納米晶體，它的半徑小于或接近于激子玻爾半徑。在量子點(diǎn)中，能級(jí)根據(jù)量子點(diǎn)的尺寸而改變，因此可以通過(guò)改變量子點(diǎn)的尺寸來(lái)控制帶隙，從而控制量子點(diǎn)的發(fā)射光譜，量子點(diǎn)的發(fā)射光譜可覆蓋整個(gè)可見(jiàn)光區(qū)。其中高效率發(fā)射可見(jiàn)光的熒光量子點(diǎn)已經(jīng)被成功合成(段紅艷.高效熒光CdSe/ZnS、CdSe.Si x/ZnS核/殼量子點(diǎn)的合成及其LEDs器件應(yīng)用.合肥工業(yè)大學(xué)，2013.)，并且量子點(diǎn)已得到應(yīng)用(中國(guó)專(zhuān)利CN201985423U，沈常宇等.一種可調(diào)諧量子點(diǎn)光纖激光器)。另外，研究表明了量子點(diǎn)可作為良好的光增益和放大介質(zhì)。
[0004]當(dāng)前，量子點(diǎn)摻雜光纖被廣泛研究，量子點(diǎn)的發(fā)光特性也在光纖中得到發(fā)揮，已在光纖激光器和光纖放大器中有重要應(yīng)用。中國(guó)專(zhuān)利CN1785861A(王廷云；盧軍；王克新，納米量子點(diǎn)光纖及其制造方法)公布了一種量子點(diǎn)光纖制備方法，所制備的光纖具有較高的放大增益。
[0005]普通光纖光錐由于具有良好的透光性，被廣泛應(yīng)用于可見(jiàn)光的顯示面板。利用光纖光錐可以對(duì)光源進(jìn)行耦合增強(qiáng)，然而，關(guān)于量子點(diǎn)摻雜光纖光錐用于熒光增強(qiáng)和混合還未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決現(xiàn)有單色光源技術(shù)復(fù)雜、造價(jià)昂貴，單根量子點(diǎn)摻雜光纖熒光效率低的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種用于熒光增強(qiáng)和熒光混合的量子點(diǎn)摻雜光纖光錐，并且通過(guò)調(diào)整不同量子點(diǎn)摻雜光纖的比例，還可得到多種彩色光。
[0007]本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0008]—種用于熒光增強(qiáng)和混合的量子點(diǎn)摻雜光纖光錐，分為單色熒光增強(qiáng)的量子點(diǎn)摻雜光纖光錐和彩色熒光的量子點(diǎn)摻雜光纖光錐，這兩種光纖光錐都是由量子點(diǎn)摻雜光纖，制得光纖單絲，再由若干單絲拉制復(fù)絲，最后將復(fù)絲排屏熔壓拉錐制備而成，錐體有兩個(gè)直徑大小不等的端面；其中大端面直徑為3-lOcm，小端面直徑為0.5-lcm，光錐長(zhǎng)度為2-10cm。所述復(fù)絲直徑為0.7-1.5mm ;所述光錐的錐度為3?15:1。
[0009]所述量子點(diǎn)為PbS量子點(diǎn)，ZnS量子點(diǎn)或CdS量子點(diǎn)中的一種以上。
[0010]所述量子點(diǎn)摻雜光纖的制備方法為先按摩爾比稱(chēng)取量子點(diǎn)摻雜光纖纖芯的原料，混合均勻，熔融保溫，得到玻璃熔液；再將玻璃熔液置于已經(jīng)預(yù)熱的鋼板上進(jìn)行淬冷，待冷卻至室溫后，切割、拋光，得到圓柱形玻璃細(xì)棒即量子點(diǎn)摻雜玻璃光纖纖芯；將纖芯插入包層管中，得到預(yù)制棒；再將預(yù)制棒進(jìn)行拉絲，熱處理，得到量子點(diǎn)摻雜光纖。所述玻璃細(xì)棒的直徑為為1_2_ ;所述量子點(diǎn)摻雜光纖的直徑為100-200 μ m。
[0011]所述量子點(diǎn)摻雜光纖纖芯的原料摩爾比為Si02:B 203:Al 203:CaC03:Na 2C03:ZnS:PbO:PbS:ZnO:CdS = 60:16:4:10:10:x:y:z:a:b，其中 x, y, z, a, b = 0 ?l，x，y，z，a，b 不同時(shí)為0。
[0012]所述熔融保溫的溫度為1350°C，保溫時(shí)間為lh。所述預(yù)熱溫度為300?400°C。
[0013]所述包層管為石英材料制備的中通式玻璃管。
[0014]所述拉絲的條件為溫度為700?1000°C，拉制速度為70r/min?100r/min。
[0015]所述熱處理的條件為于550?660°C熱處理12?24小時(shí)。
[0016]所述量子點(diǎn)摻雜光纖為相同量子點(diǎn)摻雜的光纖或不同量子點(diǎn)摻雜的光纖，根據(jù)所需單色而選擇。通過(guò)改變?cè)现衂nS、PbO、PbS、ZnO、CdS的比例以及熱處理溫度就可得到含有不同種類(lèi)或粒徑的量子點(diǎn)的摻雜光纖。此光纖在激發(fā)光源激發(fā)下就可得到紅、黃、綠色等熒光。
[0017]所述單色熒光增強(qiáng)的量子點(diǎn)摻雜光纖光錐是將量子點(diǎn)摻雜光纖，通過(guò)選取量子點(diǎn)和調(diào)整量子點(diǎn)的含量，得到能夠激發(fā)出相同單色熒光的光纖單絲；再將若干光纖單絲進(jìn)行拉制復(fù)絲，得到相同單色光的復(fù)絲，再由相同單色光的復(fù)絲進(jìn)行排屏熔壓拉錐制備而成；
[0018]所述排屏熔壓拉錐具體是指將相同單色光的復(fù)絲以六方堆積的形式均勻整齊地排列于模具中；將已經(jīng)排好復(fù)絲的模具放入等靜壓成型機(jī)內(nèi)進(jìn)行熔壓保溫，降溫，最后采用熔拉法進(jìn)行拉錐，使得光錐的錐度為3?15:1。所述熔壓保溫的溫度為550?600°C，所述保溫時(shí)間為20?40min，所述降溫速率為1°C /min。所述降溫的溫度為室溫。
[0019]所述彩色熒光的量子點(diǎn)摻雜光纖光錐是先將量子點(diǎn)摻雜光纖，通過(guò)選取不同量子點(diǎn)和調(diào)整量子點(diǎn)的含量，得到能夠激發(fā)出不同單色熒光的光纖單絲；再將這些光纖單絲中能夠激發(fā)出相同單色熒光的光纖單絲進(jìn)行拉制復(fù)絲，分別得到不同單色光的復(fù)絲；最后將不同單色光的復(fù)絲進(jìn)行混合排屏熔壓拉錐制備而成。
[0020]所述排屏熔壓拉錐具體是指將不同單色光的復(fù)絲以六方堆積的形式均勻整齊地排列于模具中，不同單色光的復(fù)絲依次間隔排列；將已經(jīng)排好復(fù)絲的模具放入等靜壓成型機(jī)內(nèi)進(jìn)行熔壓保溫，降溫，最后采用熔拉法進(jìn)行拉錐，使得光錐的錐度為3?15:1。所述熔壓保溫的溫度為550?600°C，所述保溫時(shí)間為20?40min，所述降溫速率為1°C /min。所述降溫的溫度為室溫。
[0021]本發(fā)明采用量子點(diǎn)摻雜的光纖光錐，工作時(shí)，激發(fā)光源發(fā)出的光波由大端面入射到每根量子點(diǎn)摻雜光纖中，激發(fā)量子點(diǎn)發(fā)出相應(yīng)熒光，此熒光再?gòu)墓饫w光錐小端面混合輸出，這樣，每根量子點(diǎn)摻雜光纖中被激發(fā)得到的單色熒光集成到小端面。如果所采用的量子點(diǎn)摻雜光纖種類(lèi)相同，則在小端面得到增強(qiáng)單色光；如果所采用量子點(diǎn)摻雜光纖不同，則是由不同單色光混合而成，小端面所得為彩色光。
[0022]本發(fā)明由于量子點(diǎn)摻雜光纖光錐的輸出端面(即小端面處)可以拉制到很小，SP使單根光纖的直徑較大和被復(fù)合熔壓的光纖較多時(shí)，也不會(huì)因?yàn)檩敵龉獍呙娣e過(guò)大而受到限制；采用的量子點(diǎn)摻雜光纖光錐用于發(fā)射和混合單色熒光。當(dāng)應(yīng)用于單色光源時(shí)，則要求所用量子點(diǎn)摻雜光纖全部相同，激發(fā)時(shí)所發(fā)射熒光全部相同；當(dāng)應(yīng)用于彩色光時(shí)，則要合理比例選用不同量子點(diǎn)摻雜光纖。還需考慮量子點(diǎn)摻雜光纖光錐的透光率和錐度范圍，錐形部分發(fā)光區(qū)域面積要適當(dāng)(太大能量就不集中，并且向周?chē)臻g損失的可能性增大；太小又不利于耦合光纖接近它)；量子點(diǎn)摻雜光纖光錐的制備工藝和普通光纖光錐的制備工藝相同。
[0023]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為:本發(fā)明方便靈活、安裝調(diào)試簡(jiǎn)單、輸出光功率密度高、輸出光斑面積小、得到單色光純度高；本發(fā)明解決了現(xiàn)有單色光源技術(shù)復(fù)雜、造價(jià)昂貴以及單根量子點(diǎn)摻雜光纖熒光效率低的問(wèn)題，并且通過(guò)調(diào)整不同量子點(diǎn)摻雜光纖的比例，還可得到多種彩色光，可廣泛應(yīng)用于發(fā)光器件。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為實(shí)施例1制備的量子點(diǎn)摻雜光纖光錐結(jié)構(gòu)及原理示意圖，其中101是激發(fā)光源，102是量子點(diǎn)摻雜光纖光錐，103是熒光；
[0025]圖2為實(shí)施例1?3制備的量子點(diǎn)摻雜光纖被激發(fā)光源激發(fā)時(shí)的光譜圖；
[0026]圖3為實(shí)施例1、2在制備量子點(diǎn)摻雜光纖光錐時(shí)復(fù)絲排屏的示意圖，其中圖3a為實(shí)施例1復(fù)絲排屏的示意圖，301是光纖單絲，302是能激發(fā)出紅色熒光的復(fù)絲；圖3b為實(shí)施例2復(fù)絲排屏的示意圖，301是光纖單絲，302是能激發(fā)出紅色熒光的復(fù)絲，303-能激發(fā)出綠色熒光的復(fù)絲。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但是本發(fā)明實(shí)施方式不限于此。
[0028]實(shí)施例1
[0029]—種用于熒光增強(qiáng)的量子點(diǎn)摻雜光纖光錐的制備方法:
[0030](1)光纖單絲的制備:稱(chēng)取70g的量子點(diǎn)摻雜光纖的原料(Si02:B 203:A1 203:CaC03:Na 2C03:ZnS的摩爾比為60:16:4:10:10:1)，混合均勻，然后將其盛放在坩禍中用玻璃熔爐于1350°C保溫1小時(shí)，得到玻璃熔液；將玻璃熔液倒在預(yù)熱溫度為400°C的鋼板上淬冷，冷卻至室溫后，再對(duì)玻璃進(jìn)行切割、拋光，得到直徑2mm的玻璃棒即量子點(diǎn)摻雜玻璃光纖的纖芯；再將纖芯插入石英材料制備的包層管中，然后用拉光纖機(jī)器拉制光纖，拉制條件為溫度為800°C，拉制速度為100r/min，得到直徑為100 μ m的量子點(diǎn)摻雜光纖單絲；摻雜光纖全部是在激發(fā)光源激發(fā)下發(fā)射紅色光；其光譜圖如圖2所示；
[0031](2)光錐的制備:將若干等長(zhǎng)的量子點(diǎn)摻雜光纖單絲拉制復(fù)絲，復(fù)絲直徑為1.0mm ;再將復(fù)絲以六方堆積的形式均勻整齊地排列于模具中(復(fù)絲排屏的示意圖如圖3a所示，復(fù)絲在模具內(nèi)緊密堆積排屏，使得相鄰光纖之間的距離最緊密，減小了光纖束不發(fā)光的暗區(qū)面積，有利于提高光功率密度)，并將模具放入等靜壓成型機(jī)內(nèi)于600°C進(jìn)行熔壓保溫30min，再以1°C /min降溫速率降溫至室溫，得到光纖復(fù)合絲棒；最后采用熔拉法進(jìn)行拉錐(熔拉法的實(shí)施條件為:用熔錐爐對(duì)制得的光纖復(fù)合絲棒中部加熱，溫度為700°C，當(dāng)光纖復(fù)合絲棒中段軟化時(shí)，對(duì)絲棒緩慢施加軸向拉力，拉制時(shí)要注意對(duì)中間部位直徑的測(cè)量，光纖復(fù)合絲棒中部被拉細(xì)，成啞鈴型，當(dāng)中間細(xì)部直徑拉到0.6cm時(shí)，停止加熱。待光纖復(fù)合絲棒冷卻至室溫后，將其從中部截開(kāi))，使得光錐的錐度為15:1 (大端面與小端面直徑的比值)；拉錐后再對(duì)其端面進(jìn)行打磨拋光處理，并對(duì)其周邊進(jìn)行精密光學(xué)加工，得到量子點(diǎn)摻雜光纖光錐(該光錐為實(shí)心光錐)。所述光錐錐體有兩個(gè)直徑大小不等的端面；其中小端面直徑為0.6cm，光錐長(zhǎng)度為10cm。
[0032]本實(shí)施例制備的光纖光錐的結(jié)構(gòu)與基本原理示意圖如圖1所示。圖中可知，當(dāng)用激發(fā)光源101照射量子