中文摘要：

目前，光纤放大器使用的掺杂稀土光纤长度较长、带宽有限，不利于集成化光子技术和全光通信的发展。直接带隙的半导体材料用于光放大，具有高增益、宽带宽的优势，将其与光纤良好的波导结构相结合，可用于研制一种新型半导体薄膜内包层光纤，该光纤具有光放大功能。本项目主要研究半导体薄膜内包层光纤的放大机理与光传输特性。从矢量波动方程出发，建立非弱导条件下半导体薄膜内包层光纤的波导模型，并探索提高放大效率和偏振不敏感的波导结构，优化放大光纤的波导设计。在光注入情况下，分析光纤波导中半导体纳米级内包层的量子尺寸效应，研究载流子的输运过程和浓度分布随信号光功率、泵浦光功率、半导体厚度、温度等因素的变化，确定其对光放大的影响，从而指导新型集成化、宽光谱放大光纤的研制。

结论摘要：

半导体材料是重要的光电材料，尤其是纳米半导体材料，具有独特的性能，因此将其作为掺杂引入光纤，必将丰富光纤的功能，甚至开创新型特种功能光纤。本项目基于半导体掺杂光纤的研究思想，以包层掺杂为主线，开展了相关理论和实验研究。半导体薄膜内包层放大光纤研究方面，基于MCVD技术成功制得单层和双层两种新颖的半导体InP掺杂放大光纤，建立了内包层放大光纤的理论模型，初步掌握了MCVD掺杂纳米半导体材料的关键技术，以532nm的激光泵浦，在1300nm通信波段获得了宽带的光放大结果。渐逝波耦合式光纤放大器研究方面，首次将半导体量子点材料与光纤渐逝波相结合，制得半导体量子点光纤放大器，理论分析了其光放大特性；实验方面，利用反胶束技术合成PbS量子点，放大特性测试表明，5cm的增益长度即可在1310nm波段获得大于4dB的光增益，同时还观测到增益饱和特性。左手材料内包层光纤波导的理论研究方面，在内包层光纤结构的基础上，系统研究了内包层折射率和内包层厚度对色散曲线的影响，得到了某些新的特性。比如内包层折射率增加，截止频率变大；内包层厚度的增加，截止频率减小等。此外，还推导了左手材料内包层光纤导模的近似解。