《稀磁半導體量子點摻雜石英磁光光纖研究》是依託上海大學，由龐拂飛擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：稀磁半導體量子點摻雜石英磁光光纖研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：龐拂飛
- 依託單位：上海大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
磁光光纖在全光纖電流感測器系統具有重要套用，是系統的核心部分。本項目針對現有石英光纖磁光旋轉靈敏度低，且存在溫度交叉干擾的難題，提出研究一種稀磁半導體量子點摻雜磁光光纖，一方面，在吸收帶邊附近，稀磁半導體量子點具有巨法拉第效應，可以顯著增大光纖的磁光旋轉角度；另一方面，在大於吸收帶邊波長處，稀磁半導體量子點磁光旋轉將不隨溫度變化。本項目擬開展的研究內容包括：稀磁半導體量子點摻雜光纖磁光旋轉理論；基於改進化學氣相沉積與原子層沉積相結合的稀磁半導體摻雜石英光纖製備技術；石英光纖材料中量子點生長技術等。重點解決稀磁半導體量子點費德爾常數的溫度相關性理論模型、稀磁半導體的高溫擴散特性、以及高溫熱處理對稀磁半導體量子點材料微觀結構的影響等關鍵科學問題。預期成果有望從根本上解決當前全光纖電流感測技術難題，成為促進我國高端光纖電流感測器套用推廣的核心技術。
結題摘要
本項目面向高靈敏度光纖電流感測、磁場感測、高效率磁光光纖器件的套用需求，將納米半導體材料摻雜與石英光纖相融合，建立了原子層沉積（ALD）與改進化學氣相沉積（MCVD）相結合的特種光纖研製平台，開發了稀磁半導體量子點摻雜石英磁光光纖。理論上，基於密度泛函理論，利用高斯軟體仿真平台，建立了PbS納米摻雜石英光纖的材料微結構模型，解決了PbS在石英基質中摻雜結構機理問題；建立了ALD沉積PbS的工藝過程理論模型，為後續最佳化ALD摻雜納米PbS工藝參數提供了理論支撐，此外，也為開發其他類半導體納米摻雜功能光纖提供了理論指導。技術上，基於ALD與MCVD相結合的納米半導體摻雜石英光纖研製平台，在石英疏鬆層中實現了納米PbS的有效摻雜，研製開發了PbS、PbS:Mn、Eu3+等摻雜磁光光纖，相對於常規單模石英光纖，磁光費德爾常數有顯著提升，在1550nm波段，費德爾常數分別增加了1.1倍、1.72倍及1.66倍，為後續開發高靈敏度、高穩定性全光纖電流感測器、磁場感測器，提供了優質的感測光纖選擇。同時，基於ALD豐富的摻雜源選擇，該研究也為開發其他類型半導體摻雜石英功能光纖提供了技術指導。此外，本項目提出並開發了基於ALD工藝的光纖表面納米塗層技術，基於ALD的“保形”沉積和“原子層”厚度控制精度特點，分別將納米Al2O3和TiO2薄膜塗敷於熔錐光纖等器件的表面，有效地調控了光纖漸逝波場，從而提升光纖折射率感測靈敏度，對於開發新型的高靈敏度光纖感測器具有重要意義。本項目在上述研究過程中，形成的研究成果包括：發表相關學術論文18篇，其中，SCI收錄期刊9篇，EI收錄期刊1篇，EI收錄會議8篇；申請中國發明專利8項；培養博士研究生3名，其中獲學位畢業2名，培養碩士研究生8名，其中獲學位畢業6名；項目負責人龐拂飛，2015年獲得國家自然科學基金“優青”人才項目的資助。
