量子光學與光子學的融合（簡體書）

張曉松，天津理工大學副研究員，碩士生導師，功能材料系副主任。南開大學光學專業博士學位，哈爾濱工業大學材料科學與工程博士后。主要從事納米光子材料、量子點、量子點光子器件、光子晶體光纖及其應用等方面的科學研究工作。主持多項國家自然科學基金、天津市自然科學基金等科研項目，參加多項國家和省部級科研項目。累計申請發明專利40項，發表學術論文50篇，被SCI、EI檢索50篇。獲南開區首屆青年博士科技創新大賽一等獎。中國電子學會高級會員。

《量子光學與光子學的融合:量子點自組裝光子晶體光纖》從課題的目標出發，從材料制備人手，研究制備稀土摻雜量子點、過渡金屬摻雜量子點、核／殼結構量子點、非摻雜量子點等多種量子點材料，探索在一定條件下通過調節顆粒尺寸和摻雜成分來實現對量子點自發輻射進行調控的方法。并在此基礎上，進行量子點組裝到光子晶體光纖的實驗和理論研究，以量子點組裝光子晶體光纖作為增益介質，對量子點組裝光子晶體光纖激光器理論和實驗進行模擬。

第1章 概述
1.1 量子點——高性能的發光材料
1.1.1 量子點概述
1.1.2 量子點的性質
1.1.3 量子點的分類
1.1.4 量子點的制備方法
1.1.5 量子點的表面修飾
1.1.6 量子點的應用
1.2 光子晶體光纖
1.2.1 光子晶體概述
1.2.2 光子晶體光纖概述
1.2.3 光子晶體光纖理論分析
1.2.4 光子晶體光纖的特性
1.3 本書的選題意義及研究內容
1.3.1 選題意義
1.3.2 研究內容
第2章 稀土摻雜量子點的制備及光譜特性研究
2.0引言
2.1 Er3+摻雜ZnS量子點的制備及其光譜特性研究
2.1.1 制備與表征
2.1.2 結果與討論
2.2 Er3+，Yb3+共摻雜ZnS量子點的制備及其光譜特性研究
2.2.1 制備與表征
2.2.2 結果與討論
2.3 Er3+摻雜PbS量子點的制備及其光譜特性研究
2.3.1 制備與表征
2.3.3 結果與討論
2.4 Eu3+摻雜ZnS量子點的制備及其光譜特性研究
2.4.1 制備與表征
2.4.2 結果與討論
2.5 本章總結
第3章 過渡金屬摻雜量子點的制備及發光性能研究
3.1 ZnS：Cu和ZnS：Cu，Al量子點的制備與表征
3.1.1 ZnS：Cu量子點的制備
3.1.2 ZnS：Cu，Al量子點的制備
3.2 ZnS：Cu和ZnS：Cu，Al量子點的表征結果與討論
3.2.1 ZnS：Cu和ZnS：Cu，Al量子點的結構性質
3.2.2 ZnS：Cu和ZnS：Cu，Al量子點的結果與討論
3.3 本章總結
第4章 核／殼結構量子點的制備及發光性能研究
4.1 ZnS：Mn/ZnS量子點的制備與發光性能研究
4.1.1 ZnS：Mn和ZnS：Mn/ZnS量子點的制備與表征
4.1.2 結果與討論
4.2 ZnS：Pb/ZnS量子點的制備與發光性能研究
4.2.1 ZnS：Pb和ZnS：Pb/ZnS量子點的制備與表征
4.2.2 結果與討論
4.3 ZnS：Er/ZnS量子點的制備與發光性能研究
4.3.1 ZnS：Er/ZnS量子點的制備與表征
4.3.2 結果與分析
4.4 ZnS：Eu/ZnS量子點的制備與發光性能研究
4.4.1 ZnS：Eu/ZnS量子點的制備與表征
4.4.2 結果與分析
4.5 本章總結
第5章 非摻雜ZnS量子點的發光性質
5.1 水相法制備ZnS量子點的發光性質研究
5.2 液相—固相—溶液相法（LSS）制備ZnS量子點的發光性質研究
5.3 本章總結
第6章 量子點組裝光子晶體光纖研究
6.1 量子點組裝光子晶體光纖實驗研究
6.1.1 短距離全組裝量子點光纖
6.1.2 長距離全組裝量子點光子晶體光纖
6.1.3 選擇性長距離量子點組裝光子帶隙光纖
6.1.4 微區范圍內量子點的附著性能研究
6.2 量子點組裝光子晶體理論研究與數值分析
6.2.1 量子點組裝光子晶體光纖的結構與設計
6.2.2 量子點組裝光子晶體光纖的數值模擬
6.3 量子點組裝光子晶體光纖導波特性研究
6.4本章總結
第7章 量子點組裝光子晶體光纖光子器件研究
7.1 量子點組裝光子晶體光纖激光器研究
7.1.4 模擬實驗裝置
7.1.2理論模型
7.1.3 理論模型的數值分析結果
7.2 量子點組裝光子晶體光纖光子器件實驗研究
7.2.1 測試實驗裝置
7.2.2 實驗結果與討論
7.3 本章總結

納米微粒的表面修飾技術是一門新興學科，國際材料會議提出了納米顆粒的表面工程新概念。所謂納米微粒的表面工程就是用物理、化學方法改變納米微粒表面的結構和狀態，從而賦予微粒新的機能并使其物性（如粒度、流動性、電氣特性等）得到改善，實現人們對納米微粒表面的控制。
在量子點應用中，一個重要的方面是對量子點進行表面修飾，主要基于三個方面的原因。一是提高熒光效率，無論是水相還是有機相合成的量子點，都不可避免地存在很多表面缺陷，通過有機配體或無機半導體表面包覆后，可以有效地鈍化表面，使得熒光效率增強，尤其是無機核／殼結構的量子點。二是提高光學和化學穩定性，通過表面修飾將量子點內核和外界環境隔離，使其在不同應用環境中都能保持原有熒光性質。三是使其具有生物相容性。生物標記要求量子點具有水溶性，其外層還必須具有和生物分子偶聯的官能團，通常利用有機金屬法合成的量子點需要通過表面修飾而獲得水溶性，偶聯官能團則通過共價合成或靜電吸附作用來獲得。
目前普遍應用的表面修飾技術分為有機配體修飾和無機核／殼結構兩種，有機配體修飾較易控制，但由于表面配位作用存在吸附一脫附平衡，因此會影響量子點的穩定性。而無機核／殼結構量子點是在一種在納米粒子表面再生長一層寬帶隙半導體或惰性無機物（如SiO2），而使核的發光得到增強。如用CdS包覆CdSe量子點以后，其帶邊熒光增強，熒光量子產率明顯提高。近年來已經研究的核／殼結構體系，如CdSe／ZnS，CdSe／ZnSe，CdSe／CdS，CdS／ZnS，CdS／HgS，CdS／HgS／CdS等均證實了選擇合適的修飾層能明顯提高量子點的發光效率。但是在選擇殼層材料時需要對兩種材料的品格尺寸及核／殼尺寸進行研究，避免造成品格失配。本章主要在前面制備量子點的基礎上，利用ZnS作為殼層材料制備與內核同基質的核／殼結構量子點，并對其發光性能進行研究。
4.1 ZnS：Mn／ZnS量子點的制備與發光性能研究
目前對ZnS：Mn量子點進行了一些系列研究，利用水相法在ZnS：Mn量子點的表面上，原位包覆了一層ZnS，形成核／殼結構的量子點。根據奧斯特瓦爾德熟化理論，再加入的Zn2+、和S2—在ZnS：Mn量子點的表面反應，不是單獨成核另外生成ZnS納米粒子。新形成的ZnS層包覆在ZnS：Mn的表面修飾了其表面輻射缺陷中心和懸掛鍵。其他體系的實驗也證明再加入的反應原料更傾向于在已生成的納米粒子表面生長，而不單獨成核。