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第1章 量子点概述1

1.1 量子阱、量子线和量子点1

1.2 量子效应3

1.2.1 量子尺寸效应3

1.2.2 表面效应4

1.2.3 宏观量子隧道效应4

1.2.4 库仑阻塞效应5

1.3 量子点的类型和结构5

1.3.1 量子点的类型5

1.3.2 量子点的结构8

1.4 量子点的应用和研究11

1.4.1 量子点光电子器件11

1.4.2 量子点太阳能电池13

1.4.3 量子点在生命科学中的应用15

1.4.4 量子点研究展望16

参考文献17

第2章 纳米光子学基础18

2.1 光子和电子18

2.2 激子20

2.3 传播和约束21

2.3.1 自由空间中的传播21

2.3.2 光子和电子的约束22

2.4 隧道效应25

2.5 周期势场下的约束：带隙27

2.6 协同效应32

2.6.1 光子和电子的协同效应32

2.6.2 协同辐射35

2.6.3 纳米级能量转移36

2.7 纳米级光学相互作用37

2.7.1 棱镜全内反射37

2.7.2 表面等离子体共振38

2.7.3 波导耦合40

参考文献40

第3章 量子点的能级结构42

3.1 量子电子态42

3.1.1 势阱中的粒子42

3.1.2 球对称势阱中的粒子45

3.1.3 库仑势中的电子49

3.1.4 周期势中的粒子51

3.1.5 晶体中的电子54

3.1.6 准粒子电子、空穴和激子59

3.2 有效质量近似63

3.2.1 弱约束情形64

3.2.2 强约束情形65

3.2.3 中等约束情形68

3.3 表面极化效应70

3.4 紧束缚近似71

3.5 经验赝势法72

参考文献73

第4章 量子点的制备和表征75

4.1 量子点制备76

4.1.1 分子束外延生长76

4.1.2 金属有机化学气相沉积79

4.1.3 脉冲激光沉积80

4.1.4 纳米化学法81

4.1.5 高温熔融法85

4.2 实验室量子点光纤制备86

4.2.1 光纤本底材料的选择86

4.2.2 量子点胶体的制备87

4.2.3 空芯光纤灌装方法探索87

4.2.4 量子点玻璃光纤（空气包层）的制备90

4.3 量子点的表征94

4.3.1 X射线94

4.3.2 电子显微镜96

4.3.3 扫描探针显微镜98

4.3.4 激光粒度仪99

4.3.5 吸收—发射光谱100

4.4 熔融法制备PbSe量子点玻璃101

4.4.1 实验制备102

4.4.2 结果与分析102

4.4.3 结论108

4.5 CdSe/PMMA量子点光纤材料的制备109

4.5.1 概述109

4.5.2 制备110

4.5.3 结果与分析111

4.5.4 结论115

4.6 本体聚合法制备PbSe/PMMA量子点光纤材料115

4.6.1 概述115

4.6.2 制备116

4.6.3 结果与分析117

4.6.4 结论122

4.7 脉冲激光沉积法制备锗纳米薄膜123

4.7.1 实验123

4.7.2 结果与分析124

4.7.3 结论131

4.8 基于SiO2光纤的单分散CdS量子点的制备132

4.8.1 制备132

4.8.2 结果与分析134

4.8.3 结论136

参考文献136

第5章 量子点光谱139

5.1 量子点的发光139

5.1.1 发光模式139

5.1.2 俄歇复合140

5.1.3 量子点光谱的频移140

5.2 跃迁谱线线形142

5.2.1 均匀展宽142

5.2.2 非均匀展宽144

5.2.3 综合展宽146

5.3 量子点的吸收、辐射和散射特性147

5.3.1 吸收147

5.3.2 辐射149

5.3.3 散射150

5.4 跃迁截面152

5.4.1 截面的概念152

5.4.2 爱因斯坦系数和Ladenburg-Fuchtbauer关系154

5.4.3 辐射截面的Mc Cumber理论156

5.4.4 截面的确定159

5.4.5 能级寿命166

5.5 量子点掺杂对本底折射率的影响168

5.5.1 本底溶剂的折射率169

5.5.2 量子点胶体的折射率169

5.5.3 量子点对本底折射率的影响170

5.6 PbSe、PbS和CdSe、CdS量子点的比较170

参考文献171

第6章 量子点的热稳定性172

6.1 表面能172

6.2 纳米粒子的热学性质173

6.2.1 纳米粒子的热导173

6.2.2 纳米粒子的熔融176

6.3 CdSe/ZnS量子点的热稳定性研究177

6.3.1 实验和结果178

6.3.2 实验和理论的比较与讨论180

6.3.3 小结183

参考文献184

第7章 光纤中的光传输185

7.1 均匀介质中的光传输185

7.2 三能级系统187

7.2.1 三能级模型187

7.2.2 三能级速率方程187

7.2.3 小信号增益190

7.2.4 增益饱和192

7.2.5 最佳光纤长度193

7.3 重叠因子194

7.4 二能级模型197

7.4.1 二能级近似197

7.4.2 二能级速率方程198

7.5 放大的自发辐射199

7.5.1 噪声功率和噪声带宽200

7.5.2 噪声系数201

7.5.3 噪声功率方程202

7.6 二能级系统的解析法203

7.7 包含放大自发辐射的建模205

7.7.1 速率方程205

7.7.2 平均反转和均匀展宽207

7.7.3 非均匀展宽情形207

7.8 径向效应209

7.8.1 速率方程209

7.8.2 径向分布函数210

7.8.3 计算实例211

参考文献214

第8章 量子点光纤和光纤放大器216

8.1 低浓度掺杂CdSe/ZnS量子点光纤的传光特性217

8.1.1 概述217

8.1.2 实验制备和测量218

8.1.3 荧光发射峰值波长和峰值强度随掺杂光纤长度的变化220

8.1.4 荧光发射峰值波长和峰值强度随掺杂浓度的变化223

8.1.5 结论224

8.2 较高掺杂浓度CdSe/ZnS量子点光纤的传光特性225

8.2.1 概述225

8.2.2 实验225

8.2.3 不同掺杂浓度下的PL光谱226

8.2.4 PL峰值强度增益与掺杂光纤长度的关系227

8.2.5 PL峰值强度增益与掺杂浓度的关系229

8.2.6 PL光谱中的其他谱峰及红移现象230

8.2.7 结论232

8.3 UV胶纤芯本底的CdSe/ZnS量子点光纤的传光特性232

8.3.1 实验232

8.3.2 UV胶中的CdSe/ZnS量子点的吸收谱和发射谱233

8.3.3 掺杂光纤对泵浦光的吸收234

8.3.4 PL峰值强度与掺杂光纤长度和浓度关系235

8.3.5 PL峰值波长与掺杂光纤浓度和长度关系237

8.3.6 结论238

8.4 量子点光纤荧光光谱的红移239

8.4.1 纤芯基底为甲苯时的PL峰值波长的红移239

8.4.2 不同纤芯本底的PL峰值波长的红移240

8.4.3 结论243

8.5 单掺杂PbSe量子点光纤放大器243

8.5.1 基本工作原理243

8.5.2 速率方程245

8.5.3 结果和讨论248

8.5.4 结论和展望251

8.6 多粒度掺杂PbSe量子点光纤放大器251

8.6.1 引言251

8.6.2 能级和叠加谱252

8.6.3 结果和讨论254

8.6.4 结论257

8.7 理想的量子点光纤放大器257

8.8 结语260

参考文献262

第9章 量子点光纤激光器265

9.1 概述265

9.2 几个关键问题267

9.2.1 量子点种类的选择267

9.2.2 量子点的光学增益和受激辐射阈值268

9.2.3 泵浦光激励阈值269

9.2.4 光纤增益和损耗269

9.2.5 激射的稳定性270

9.2.6 谐振腔270

9.3 CdSe/ZnS量子点非饱和单模光纤激光的数值建模272

9.3.1 原理和模型272

9.3.2 数值计算及结果276

9.3.3 结论282

9.4 基于钠铝硼硅酸盐玻璃的PbSe量子点红外单模光纤激光282

9.4.1 PbSe量子点的吸收谱和辐射谱282

9.4.2 散射截面和吸收截面284

9.4.3 PbSe量子点光纤激光器参量的确定287

9.4.4 结论290

9.5 PbSe量子点光纤激光器的实验实现291

9.5.1 激光器的构成291

9.5.2 实验过程292

9.5.3 实验结果与分析293

9.5.4 结论300

9.6 结语与展望300

参考文献302

第10章 量子点太阳能电池简介304

10.1 太阳能电池的基本工作原理305

10.2 PIN结构的量子点太阳能电池308

10.2.1 基本结构308

10.2.2 硅基串联电池311

10.3 量子点敏化太阳能电池312

10.3.1 类型和比较312

10.3.2 结构和组成312

10.3.3 工作原理315

10.3.4 现状和发展317

10.4 量子点多激子产生效应317

10.4.1 光子的吸收和产生过程318

10.4.2 PbSe、PbS和PbTe量子点中的MEG319

10.4.3 CdSe、Si量子点中的MEG321

10.4.4 MEG效应提高光伏效率322

10.4.5 设计MEG量子点324

10.5 量子点太阳能电池的几个关键问题326

10.6 展望329

参考文献329

附录 本书主要物理量符号对照表332

希腊字母符号336