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

背景技術：

波長轉(zhuǎn)換器是把光信號從一個波長轉(zhuǎn)換到另一個波長上的器件，全光波長轉(zhuǎn)換器是波分復用光網(wǎng)絡及全光交換網(wǎng)絡中的關鍵部件。波長轉(zhuǎn)換器按其工作原理主要可以分為：光/電/光型波長轉(zhuǎn)換器、相干型波長轉(zhuǎn)換器和基于光邏輯門的波長轉(zhuǎn)換器。目前，較為成熟的波長轉(zhuǎn)換器主要是光/電/光型的波長轉(zhuǎn)換器，光/電/光型的波長轉(zhuǎn)換器先將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)定時再生后，產(chǎn)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(diào)制，從而實現(xiàn)波長轉(zhuǎn)換。但是，它對信號格式和調(diào)制速率不透明，系統(tǒng)升級和應用范圍受限。

傳統(tǒng)的全光波長轉(zhuǎn)換器大多是基于增益介質(zhì)的非線性效應來實現(xiàn)的。這些波長轉(zhuǎn)換器由于穩(wěn)定性差或轉(zhuǎn)換效率低等不足而一直沒有實用化。

量子點是由有限數(shù)目的原子組成，三個維度尺寸均在納米數(shù)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(wěn)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(zhì)，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(zhì)：很好的光穩(wěn)定性、寬的激發(fā)譜、窄的發(fā)射譜和較大的斯托克斯位移等。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種InS@ZnS量子點的全光波長轉(zhuǎn)換器，該全光波長轉(zhuǎn)換器具有設計成本低、可靠性強、光穩(wěn)定性好、光轉(zhuǎn)化效率高、寬的激發(fā)譜、窄的發(fā)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(zhuǎn)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(diào)諧連續(xù)波長激光器。

本實用新型所述的可調(diào)諧連續(xù)波長激光器發(fā)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(diào)控能級結(jié)構(gòu)，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(xiàn)的，其特征是方法步驟如下：

（1）以硫、乙酸鋅別作為銦前驅(qū)體和鋅前驅(qū)體，以硫粉溶于三丁基磷（TBP）制備的三丁基氧化磷作鋅前驅(qū)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(zhì)，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(zhì)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(fā)射譜的特點來實現(xiàn)傳輸?shù)哪骋徊ㄩL的輸入信號光轉(zhuǎn)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(fā)的電子從導帶躍遷到價帶，從而發(fā)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(zhì)。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(fā)光特性，量子點的發(fā)光波長根據(jù)量子點尺寸的不同而不同，尺寸越小，發(fā)射光的波長越小，所以可以調(diào)節(jié)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(zhuǎn)換到長波段來進行后續(xù)的光電轉(zhuǎn)換和信號處理。3、量子點材料制備簡單、材料成本低，且其穩(wěn)定的光轉(zhuǎn)化效率特別適用于全波段光電轉(zhuǎn)化器中。

附圖說明

圖1為本實用新型的系統(tǒng)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(zhuǎn)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(diào)諧連續(xù)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?？烧{(diào)諧連續(xù)波長激光器 1 發(fā)出的輸入信號光的波長在 1000 ～ 1600nm 范圍內(nèi)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(nèi)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(xiàn)的，其特征是方法步驟如下：

（1）以硫、乙酸鋅別作為銦前驅(qū)體和鋅前驅(qū)體，以硫粉溶于三丁基磷（TBP）制備的三丁基氧化磷作鋅前驅(qū)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(zhì)，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(zhì)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(xiàn)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(zhuǎn)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(qū)體便已形成；

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

（5）將制得的TiO2前驅(qū)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(jié)晶。最后加入0.5 g PEG-20000和數(shù)滴稀釋的OP乳化劑，通過熱蒸發(fā)方式，將得到的懸浮液濃縮至原來的1/5，穩(wěn)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(zhuǎn)換器的工作流程：激光器1模擬待轉(zhuǎn)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(fā)譜的特點，當輸入信號光落入吸收譜范圍內(nèi)，量子點材料3吸收輸入信號光的能量，然后激發(fā)一個不同于輸入信號光的窄輻射光波，實現(xiàn)波長的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的光經(jīng)過TiO2膠體到第二光連接器5輸出到光譜儀6上。