光子学基础课程报告

1、光子学基础课程自学报告总结报告题 目( D)：稀土掺杂特种光纤：制备、特性与应用 组 号：稀土掺杂特种光纤任课教师： 组 长：成 员： 成 员： 成 员： 联系方式： 1、 引言稀土掺杂特种光纤在光纤激光器、放大器和传感器中有着广泛的应用, 并且最近几年得到T 很大的发展, 所用的掺杂剂有Nd, Er, Ge, Pr, Ho，Eu，Yb3，Tm 3 + 等。稀土掺杂光纤对于光纤激光器放大器和传感器等各种应用具有很大的吸引力。它的特点是具有圆柱形波导结构, 芯径小, 很容易实现高密度泵浦, 使激射阈值低, 散热性能好, 其芯径大小与通信光纤很匹配, 耦合容量及效率高, 可形成传输光纤与有源光纤的

2、一体化, 是实现全光通信的基础。随着集成光学和光纤通信的发展, 需要有微型的激光器和放大器。而稀土掺杂光纤放大器能直接放大光信号, 有利于大容量、长距离通信, 使光纤通信取得更大的发展。目前, 大多数掺杂光纤与通信光纤使用的基材相同, 都是石英玻璃材料, 可以采用成熟的光纤制造技术来生产掺杂玻璃光纤, 同时生产过程中允许严格控制其掺杂浓度, 因此, 掺杂玻璃的应用和研究得到了很大程度的推广。作为稀土离子掺杂宿主的玻璃基质种类繁杂。通常可以将用于激光介质的玻璃分为四类: 氧化物玻璃、卤化物玻璃、卤氧化物玻璃及硫属化合物玻璃。2、 稀土掺杂特种光纤制备“稀土元素”镧系元素以及与镧系元素在化学性质上

3、相近的、在镧系元素格子上方的钇和钪，共17种元素总称为稀土元素，用RE表示。按照稀土元素的电子层结构及物理和化学性质，把钆以前的7个元素：La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm和Eu称为轻稀土元素或铈组稀土元素；钆和钆以后的7个元素：Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu，再加上Sc和Y共10个元素，称为重稀土元素或钇组稀土元素。稀土掺杂光纤在测量、通信、传感、材料、加工和医疗等方面具有十分广泛的用途. 近年来, 国内外的很多大学和科研单位都在积极开展稀土掺杂光纤放大器、激光器、传感器和超荧光光源的研发工作, 但仍有待于进一步深入研究。下面我们介绍一下稀土掺杂特种光纤的制备方法： 主要是采

4、用两步法： 1、改进型化学气相沉积工艺（MCVD）结合溶液掺杂法的工艺是目前商用的制备稀土掺杂光纤预制棒的最主要工艺。所谓溶液掺杂法是将内壁沉积有疏松层的石英沉积管从沉积车床取下，竖直浸泡在含有稀土掺杂离子和共掺杂离子的溶液中，经过或更长时间后，掺杂离子进入疏松芯层。然后将沉积管装回沉积车床，经过干燥、烧结、缩棒等处理，最终得到实心的光纤预制棒。该工艺源自于通信光纤预制棒的制造技术，可制得低损耗、光学质量优异的光纤预制棒，同时因其简便性和灵活性而被广泛用于稀土掺杂光纤预制棒的制造。然而，与通信光纤通常传输低能光信号不同，用于高功率激光的光纤通常需要更大的纤芯包层比和复杂得多的结构。尤其是随着大

5、模场等光纤设计的出现，对制备光纤预制棒的工艺提出了更多、更新、更高的要求，如更大尺寸的芯棒、更高的掺杂浓度、更复杂并精确可控的掺杂浓度（折射率）分布、更小的折射率差和更低的芯层数值孔径（）等。气相掺杂工艺中用到的稀土离子的氯化物要在高于的温度下才能具有足够的蒸气压以参与气相沉积过程，且物料在输送过程中容易发生凝结，对工艺设备的要求很高。所以，熔液掺杂法是目前工艺中实现稀土掺杂的主要方法。但是，传统结合溶液掺杂法的工艺制备的芯径和包层的折射率差大于，这对于应用在近红外波段的光纤意味着，欲实现单模运转则芯径必须小于。另外，受预制棒的缺陷率随沉积层数增加而增大以及氢氧焰加热能力不足等问题限制，传统的

6、结合溶液掺杂法的工艺在制备具有大尺寸芯部的非单模用途预制棒时亦面临着很大的挑战，一般仅用于制备沉积层数层的光纤。稀土螯合物在左右就具有比较高的蒸气压，相比于稀土离子的氯化物，产生气相的设备较简单，同时在传输过程中不易发生凝结，因而可实现与的共沉积。印度中央玻璃与陶瓷研究所的等采用芬兰公司的包含有气相掺杂物输送单元的工艺设备来制备稀土掺杂石英光纤预制棒（图）。通过这一气相输送单元，以氦气为载气，将加热成为气体的稀土螯合物及等物质输送至反应沉积区，与另一管道中输送过来的等用于形成玻璃的物质气体同时反应沉积到沉积管内壁上，实现掺杂。该工艺中，为得到均匀的掺杂，最为关键的是沉积管头部的带状燃烧器的温度

7、。若温度过高，稀土化合物会在到达反应沉积区之前就发生分解，进而以不可控的行为在反应沉积区沉积，还有可能在输送管内发生碳沉积。若温度过低，稀土化合物会在尚未到达带状燃烧器前就在输送管内发生冷凝、重结晶等，影响反应区的沉积效果。通过对工艺过程的优化，该工艺可以沉积多层芯层，制备直径、长度最大为的预制棒和最高掺杂浓度为（物质的量分数）的均匀掺杂（预制棒头尾两端的掺杂浓度波动为）光纤。南安普顿大学光电子研究中心（）的等提出在线溶液掺杂技术以替代工艺中的传统溶液掺杂技术来制备稀土掺杂光纤预制棒。该工艺与传统的溶液掺杂技术类似，但其不需要将沉积有疏松层的沉积管从车床上拿下，而是在沉积完疏松层后，从沉积管尾

8、部通入一根细管，直接将含有掺杂物质的溶液输送至沉积管中实现掺杂（图）。这根输送细管一端与蠕动泵相连，可以根据疏松层的厚度调整溶液的输送速度。待疏松层被完全浸透后，撤去输送管。接下来，经过干燥、烧结、缩棒等处理，最后得到稀土掺杂预制棒。与传统的溶液掺杂法相比，在线溶液掺杂工艺中沉积管在溶液浸泡过程中并未被完全填充满，但与传统溶液掺杂中沉积管是竖向放置的不同，该工艺中沉积管的横向放置方式使得疏松层表面在掺杂物质的溶液的输送管被撤去后仍保留有一层掺杂溶液，这些残留的溶液在后面的干燥过程中挥发，保证了芯部的掺杂浓度。采用该工艺制备的掺杂浓度为（质量分数）的共掺光纤预制棒的芯部数值孔径为（对应的折射率差

9、约为），折射率波动约×。拉制成双包层石英光纤后测得其处的背景损耗为，采用长的该光纤最大获得 激光输出，对应的斜率效率为。通过向内包层掺入，还制得了光纤芯部数值孔径为、内包层数值孔径为、掺杂浓度为（质量分数）的光纤，获得的最大激光功率约为，对应的斜率效率为。同为南安普顿大学光电子研究中心的等提出另一种替代传统溶液掺杂技术的工艺，即化学坩埚沉积法（）。该方法基于制造低浓度稀土掺杂通信光纤的镧系螯合物气相掺杂工艺进行改进，不同于原有工艺中复杂的外部稀土螯合物加热及传输系统，该工艺在沉积管内部通过一个与加热源相连接的玻璃坩埚（图），对沉积管内盛有螯合物的坩埚加热，并通过反馈回路精确控制坩埚温

10、度在±范围内，保证掺杂物质均匀、稳定地挥发。同时通入氦气作为载气，将气相螯合物传输至反应区，气态的玻璃形成物质与螯合物气体同时沉积在玻璃基质管内壁，实现掺杂。螯合物与气态的玻璃形成物质在反应区之前是隔离开的，且整个过程中沉积管保持旋转。最后经过干燥、烧结、缩棒等处理，得到稀土掺杂光纤预制棒。在化学坩埚沉积工艺中，稀土掺杂物直接在沉积车床上的沉积管的内部靠近沉积区处加热，有利于增加沿套管长度方向掺杂物质的均匀性。另外， 稀土离子和共掺杂离子与二氧化硅沉积物同时沉积在玻璃基质管内壁上，有利于改善稀土离子的团簇聚集现象。采用该工艺制备的掺无源石英光纤预制棒的数值孔径为，折射率波动小于；拉制

11、成芯径外径为的光纤后，测得其处的背景损耗最低为。制备的掺杂浓度最高为（质量分数）的共掺光纤，其处的背景损耗随浓度不同在波动。采用制备的掺杂浓度为（质量分数）、形内包层结构的双包层光纤进行激光测试，最大获得的激光输出，对应的斜率效率为。除上述两种方法之外，也有一些研究人员基于工艺提出了其他的一些改进措施，包括将氢氧焰加热改为窄温区的特殊石墨炉加热方法以消除氢氧焰引入羟基的影响，以及一些针对传统溶液掺杂方法的改进，如原子层沉积法以及其他气相掺杂法等，但这些基于的工艺仍然难以制备具有高光学质量、高均匀性和大尺寸的稀土离子掺杂光纤预制棒。在工艺中，沉积的疏松层的孔隙度难以精确调控，稀土掺杂依赖于稀土离

12、子在疏松芯层中的扩散过程，这些都使得对掺杂浓度（折射率）均匀性的精确控制不易实现。另一方面，石英玻璃是一种导热性很差的材料，制备的预制棒直径很大时，很难保证从预制棒的外表面到芯部的温度是均匀的。同时，稀土离子在高温软化的玻璃中存在由低温部位向高温部位迁移的趋势，因而直径过大的稀土掺杂预制棒容易出现掺杂浓度不均匀的现象。所有这些问题在将工艺应用在制造对折射率要求更加苛刻的复杂结构激光光纤，如大模场面积光子晶体光纤等时愈发凸显，严重限制了工艺在大模场面积激光光纤的制备方面的应用。再加上制备大尺寸稀土离子掺杂芯棒的效率低、周期长，成本高，因此，迫切需要开发其他芯棒制造工艺以满足高功率激光光纤技术发展

13、的需要。2、等离子体激活化学汽相沉积法-PCVD法 PCVD法是采用微波腔体代替MCVD法中的H-O火焰来加热实现材料的沉积，由荷兰菲利浦研究室发明。它的原理是把中小功率(数百瓦到千瓦级)的微波能送入谐振腔内，在谐振腔中的石英反应管内的低压气体受激产生辉光放电来实现低温氧化，沉积玻璃。该法的特点是石英反应管内气体放电时，管内工作物质(氧气，气态四氯化硅和四氯化锗)的电子，原子和分子远离热平衡状态，电子温度可达10000K，而原子和分子的温度可维持在几百度甚至室温。其工艺图如图5所示。PCVD法的优点是：不用H-O火焰加热沉积，沉积温度低于相应的热反应温度，反应管不容易变形，控制性能好，由于气体

14、电离不受反应管的热容量限制，所以微波加热腔体可以沿着反应管作快速往复移动，一次沉积厚度小于 1µ m，制得的光纤几何特性和化学特性的重复性好，沉积效率高。3、棒外汽相沉积法-OVD法 OVD法的沉积顺序正好与MCVD法相反，它是先沉积芯层，后沉积包层。它可以用来制造单模光纤，多模光纤，大芯径高数值孔径光纤，单偏振光纤。沉积中能熔融成玻璃的掺杂剂也很广，除了常见的以外，甚至还可以用等掺杂材料。OVD工艺是1970年美国康宁公司研发和独家采用的简单快捷工艺。其沉积过程需要先有一根芯棒，如果芯棒是用氧化铝陶瓷或者高纯石墨制成的，整个沉积过程是先沉积芯层，后沉积包层。如果芯棒是一根合成的高纯

15、石英玻璃时，这时沉积只需要沉积包层材料即可。其机理为火焰水解，即气态卤化物(SiCl4 等)与氢氧焰或甲烷焰进行反应，生成大量的“粉尘”，随棒体沿燃烧器来回运动，逐渐一层一层沉积在芯棒外表面。反应式为：水解反应一般发生在离灯头12cm内，这时颗粒的直径约 0. 1µm ，由于温度很高(约 C1200 )，颗粒流在火焰中的颜色呈亮白色。与灯头的距离越来越远，温度逐渐降低，这些极细小的颗粒逐渐互相碰撞和聚合，形成较大的颗粒团，直径约为 1 2µm，在火焰中呈灰白色。这样的颗粒就会沉积在棒体上。OVD技术的颗粒沉积到棒体上的原理与其他汽相沉积技术类似，是靠热泳进行沉积的。当火焰中

16、的颗粒遇到较冷的棒体时，会在棒的周围形成一层温差较大的热边界层。由于温度较高一边的气体活动较温度低的一边更剧烈，就将边界上的颗粒向较冷的棒表面推动。同时，芯棒沿旋转轴方向来回移动，使粉尘能均匀地沉积到芯棒的有效部分上去，如图6所示。在所有影响沉积速率的因素中，棒的直径、棒的移动速度、氢气和氧气流量是三个重要的参数。棒的直径越大，棒的表面积越大，热边界层的面积越大，颗粒就有更多的机会和棒体接触，而增加被捕获的几率；棒的移动速度越快，则单位时间内热边界层的面积就越大，但速度过快也会导致密度过低；氢气和氧气流量越大，则颗粒流的温度越高，热泳作用越剧烈，但温度不能过高，否则颗粒过小不易捕获，且疏松体因

17、受热过多而过于致密。 OVD法的优点是能生产出大型的预制棒，不需要高质量的石英管做套管，能进行大规模的生产，生产成本低，沉积速率高，但沉积效率低，两端有锥度，而且要抽去芯棒中间的棒靶等，会导致芯棒的中间出现折射率凹陷等问题。4、汽相轴向沉积法-VAD法VAD工艺是1977年由日本电报电话（NTT）公司的伊泽立男等人，为避免与康宁公司的OVD专利的纠纷而发明的。它的原理图如图7所示，VAD工艺的化学反应机理与OVD工艺相同，也是火焰水解。与OVD工艺不同的是，VAD工艺沉积的预制棒的生长方向是由下向上轴向生长的。原先烧结和沉积是在同一台设备中不同空间同时完成的，即预制棒是连续制造的。VAD法的主

18、要特点是：靠大量的载送化学试剂(SiCl4，GeCl4 )的气体通过H-O火焰，大幅度提高氧化物粉末(SiO2 ，GeO2 )的沉积速度，并且一次性形成相当于纤芯和包层的粉尘棒。用VAD法制作的预制棒，理论上长度没有限制，且外径较均匀，但该法的沉积速率较满5、全气相沉积方法：一种改进的新方法 在800摄氏度左右的温度下,将稀土化物的氯化物的气化物引入到沉积系统中,与氧气同时发生反应直接生成透明的掺稀土材料"同时,采用气相流量的控制方法,较好地解决稀土离子的掺杂工艺难题,实现了稀土离子的均匀掺入技术难题,稀土离子的掺杂浓度大大提高,稀土离子的掺杂浓度由原来的5000ppm提升到I000

19、Oppm以上"制造的掺镜光纤芯棒折射率剖面图与掺饵光纤芯棒折射率剖面图"掺镜芯棒的芯子相对折射率差为0.00166,芯棒芯层部分直径为2.72mm;掺饵芯棒的芯子相对折射率差为0.01916,其芯棒芯层部分直径为1.36mm"光纤预制棒外包制备方法： 这里用简单的表格方式列出来，直观而简洁。3、 稀土掺杂特种光纤特性在长距离传输中,单模(SM)石英光纤以其低损耗和高带宽的优点成为当前最适合的传输媒介,但是在短距离(10m0以内)的信号传输过程中,如果要满足单模光纤的条件,石英光纤的芯径必须在IOmu以下"在一般家庭!办公室内的用户系统!有线电视网等分支多

20、!连接部件多的短距离信号传送场合,石英光纤的分叉!连接都十分的困难,且费用昂贵"在这种情况下,聚合物光纤(POF)逐渐被运用于短距离通信网络,引起了人们极大地兴趣"。聚合物光纤相对于单模石英光纤具有:(l)同批量生产时制造成本较为便宜,仅为石英光纤的一半;(2)光纤的芯径较大,易于端接,连接成本低,通常连接一个聚合物光纤接口仅需几美分;(3)极好的韧性,重量轻,易于加工,同时对振动不敏感,无电磁干扰问题,适用于一般场合;(4)新型廉价的光源(LDE及LD)!检测器和联接器更便于发挥聚合物光纤的优势"光纤通信技术是解决高速低耗宽频通信技术的最佳途径"目前通

21、信主干线普遍采用的石英光纤,入户后改为带宽仅几个Mb的双绞铜线或同轴电缆,由于带宽的限制,转送距离短,且电缆重(709/m),价格高,同时噪声很大,在100Mbit/s以上的传送速率下,电磁辐射,噪音远超过FCC的规定值,传输信息容量受到极大限制,成为制约高速信息公路的/瓶颈0,而光纤正好相反,几乎无噪音干扰"石英光纤具有宽带宽,低传输损耗等特点,是长距离通信干线的理想传输介质,但在光纤入户时却遇到了巨大困难,其芯径细(8一62.sum),在光纤耦合,对接中需要高精度对准,几微米的连接偏差就会引起很大的耦合损耗,连接器的成本和安装费用大大增加了系统的造价,其成本将达到3000美元/户

22、,这对接入用户来说将难于接受"而直径大于100微米的石英光纤由于材料脆性以及弯曲性能不好等原因,也不适用于多接点的接入网"因此,在接入网中应用具有与石英光纤相匹配带宽(大于GIbs/)的聚合物光纤成为今后一段时间最有希望的解决方案之一"POF有可能成为光纤入户工程理想的首选材料,在信息高速公路工程中起到举足轻重的作用,具有广阔的应用前景和巨大的社会和经济效益。聚合物光纤之所以不能应用于长距离通信,主要在于其损耗较大且带宽较小,如果能够减小聚合物光纤的损耗同时增大其带宽,那么聚合物光纤的应用范围将会更加的广阔"。聚合物光纤的衰减机理可分为两大类:内在损耗和

23、外因损耗"内在损耗是由组成材料的吸收和瑞利散射=的引起的"它们与光纤的组成有关,且无法消除"材料吸收和瑞利散射引起的内在损耗决定了光纤的最大传输损耗极限"产生材料吸收和瑞利散射的原因有:C一H、N一H和D一H基团的分子振动吸收,分子键中的不同能级间电子跃迁引发的吸收笋组成!取向和密度波动引起的散射"理想光纤中不会出现外因损耗,POF外因损耗是由过渡金属和有机污染物引起的吸收!粉尘颗粒!微小杂质!气泡和其它结构缺陷"此外,还有光纤几何尺寸的(宏观和微观)波动造成的辐射损耗"。光纤损耗是光纤的一个重要传输参数"由于光纤

24、有衰减,光纤中光功率随距离的增加按指数的规律减小的"但是,对于单模光纤或近似稳态的模式分布的多模光纤衰减系数a是一个与位置无关的常数"若设PL为Z二Z1处的光功率,即输入光功率,PZ为2z处的光功率,即这段光纤的输出功率,L为所测量光纤的长度"。图(a)表示阶跃折射率聚合物光纤(SIPOF)的谱损,图(b)表示梯度折射率聚合物光纤(GIPOF)的谱损"由谱损图可见,PMMA掺杂的聚合物光纤的损耗较大,主要窗口在780nm,650nm,570nm,520nm附近,pMMA为基质的阶跃型聚合物光纤损耗明显低于渐变型聚合物光纤,实验测得SIPOF在650mn处

25、的损耗是11OdB/km,可以通过廉价的GAa认s#L印(峰值波长为66Omn)进行信号传输,而GIPOF稍大,为158dB/km"。从图中可看出,FP聚合物芯GI一POF从可见光到近红外区(例如1.3四)都可用于信号传输,现在1.3林m波长区损耗己达16dB/mk,改进光纤制作条件后,损耗还可进一步降低"氟化聚合物在650一1300mn波长范围的低吸收!低色散可使其应用于近红外波段,充分利用近红外材料色散较低的优势,在1300mn波长处的理论带宽达到80GHz#mK,高于Si伪一Ge仇多模光纤的带宽"理论估计氟化聚合物GPIOP的衰减极限为0.ZdB/mk&qu

26、ot;目前主要问题是原料较贵,但成本问题有望在批量生产中加以解决"4、 稀土掺杂特种光纤应用 对掺杂光纤作为增益介质的光纤激光器的研究始于20世纪60年代，而直到80年代后期，随着光纤制造工艺与半导体激光器生产技术的日趋成熟，以及光通讯技术的迅猛发展，大功率光纤激光器领域的研究才取得实质性突破。由于光纤激光器以灵巧的半导体激光二极管作为泵源,以柔软的光纤作为波导和增益介质,同时可采用光纤光栅,耦合器等光纤元件,因此无需光路机械调整,结构紧凑,便于集成，其特有的全光纤结构使器件的抗电磁干扰性强，温度膨胀系数小，在频域上应用WDM及光纤传感技术可实现多波长可调谐输出，在时域上结合激光锁模

27、技术可产生几乎没有啁啾的皮秒级超短变换极限光脉冲。与固体激光器和半导体激光器相比，光纤激光器具有无可比拟的优点。目前光纤激光器作为光源在光通信领域已得到广泛应用，而随着大功率双保层光纤激光器的出现，其应用正向着激光加工、图像显示和生物医疗等更广阔的领域迅速扩展。本文以下内容概述了光纤激光器的基本结构、特点、应用及其发展前景。 光纤激光器主要由泵源，耦合器，掺稀土元素光纤，谐振腔等部件构成。泵源由一个或多个大功率激光二极管构成，其发出的泵浦光经特殊的泵浦结构耦合入作为增益介质的掺稀土元素光纤，泵浦波长上的光子被掺杂光纤介质吸收，形成粒子数反转，受激发射的光波经谐振腔镜的反馈和振荡形成激

28、光输出。光纤激光器利用掺杂稀土元素的光纤研制成的光纤放大器给光波技术领域带来了革命性的变化。由于任何光放大器都可通过恰当的反馈机制形成激光器，因此光纤激光器可在光纤放大器的基础上开发。目前开发研制的光纤激光器主要采用掺稀土元素的光纤作为增益介质。由于光纤激光器中光纤纤芯很细，在泵浦光的作用下光纤内极易形成高功率密度，造成激光工作物质的激光能级“粒子数反转”。因此，当适当加入正反馈回路（构成谐振腔）便可形成激光振荡。另外由于光纤基质具有很宽的荧光谱，因此，光纤激光器一般都可做成可调谐的，非常适合于WDM系统应用。和半导体激光器相比，光纤激光器的优越性主要体现在：光纤激光器是波导式结构，可容强泵浦

29、，具有高增益、转换效率高、阈值低、输出光束质量好、线宽窄、结构简单、可靠性高等特性，易于实现和光纤的耦合。    我们可以从不同的角度对光纤激光器进行分类，如根据光纤激光器的谐振腔采用的结构可以将其分为Fabry-Perot腔和环行腔两大类。也可根据输出波长数目将其分为单波长和多波长等。对于不同类型光纤激光器的特性主要应考虑以下几点：（1）阈值应越低越好；（2）输出功率与抽运光功率的线性要好；（3）输出偏振态；（4）模式结构；（5）能量转换效率；（6）激光器工作波长等。  Erbium-doped Fiber Amplifi

30、er （EDFA）掺铒光纤放大器 制作光纤时,采用特殊工艺,在光纤芯层沉积中掺入极小浓度的铒离子,制作出相应的掺铒光纤。光纤中掺杂离子在受到泵浦光激励后跃迁到亚稳定的高激发态,在信号光诱导下,产生受激辐射,形成对信号光的相干放大。EDFA工作在1550窗口。已商用的EDFA噪声低,增益曲线好,放大器带宽大,与波分复用(WDM)系统兼容,泵浦效率高,工作性能稳定,技术成熟,在现代长途高速光通信系统中备受青睐。5、 稀土掺杂特种光纤具体应用稀土掺杂ZNS 纳米晶中稀土离子与纳米基质之间的能量传递发光中心被掺入纳米晶基质后其某些发光性能与在体材料中时不尽相同，如掺杂中心在纳米基质

31、中不需要共激活剂就能够被激活发光，因而一致认为纳米基质颗粒在掺杂中心的发光过程中起着很重要的作用，但讨论的分歧点在于量子限制效应能否令Mn离子中心的发光寿命从体材料中的ms数量级缩短到在纳米基质中的ns数量级。尽管有分歧存在，但大家都一致认为掺杂纳米晶是一类新型的材料。目前的研究大多是以Mn离子做掺杂剂，以ZnS，CdS 作为纳米基质，而另一类常用的发光中心，镧系稀土元素掺杂的族纳米晶则研究的较少。三价离子中 4f4f 跃迁带来的非常窄的发光带，利用这种4f4f跃迁的发光已得到不同波长的激光物质，因此我们想将三价稀土离子掺入ZnS半导体纳米晶中，利用稀土离子特殊的4f4f 跃迁及纳米晶的尺寸限制效应得到一些新型的低维发光材料。稀土离子一般是用高温熔融或高温固相反应的方法掺入基质材料中而三价稀土离子的氧化物的熔点比化合物的熔点高很多，所以用固相反应不容易将三价稀土离子掺入ZnS 等族半导体基质中。制备纳米材料是在不太高的温度（室温至100）下完成的，这样的条件下如果解决了有效掺杂的问题，那么稀土掺杂的纳米晶材料作为一种新型发光材料在LED、平面显示等领域将得到应用。本文对稀土掺杂的ZnS 纳米晶