CN114001727B - 基于胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点窄带“ASE”光源的光纤陀螺及制备方法 - Google Patents

基于胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点窄带“ASE”光源的光纤陀螺及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明通过量子受限效应，精确调控胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点的发光波长，以满足低损耗的光纤传输要求；利用特定工作波长的光纤布拉格光栅结构，反射胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点的窄带波长区间的辐射；在波长980nm泵浦光的作用下，在胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点液芯光纤中产生光放大自发辐射，制备出一种窄带光纤发光器件，该器件的发光通过耦合器和Y型波导进入光纤环中，利用萨格奈克效应产生萨格奈克相移，经过光电探测和信号处理电路产生陀螺的输出信号，从而实现了一种低损耗光纤陀螺的制备。

Description

基于胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点窄带“ASE”光源的光纤陀螺 及制备方法
技术领域
本发明属于光纤陀螺技术领域，具体涉及一种基于胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点窄带“ASE”光源的光纤陀螺及制备方法。
背景技术
在光纤陀螺等领域，急切需要工作波长处于最佳低损耗波段、适于光纤耦合的窄带光纤发光器件。目前，主要采用发光二极管或激光二极管作为工作光源，前者光谱半宽度较大，相关性较差，且空间发散角大而不利于光纤耦合；后者相关性很好，但会产生较大的相干噪声，且工作物质选择性限制较大，难以获得处于光纤最低损耗的波长。
发明内容
本发明的目的是为了背景技术中存在的问题，设计了基于胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点窄带“ASE”光源，可以产生光纤最小损耗的传输波长，能够延长光纤陀螺的光纤环长度，进而提高光纤陀螺灵敏度的基于胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点窄带“ASE”光源的光纤陀螺及其制备方法。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：
基于胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点窄带“ASE”光源的光纤陀螺，包括光源、光学结构、光电探测和信号处理系统；所述光源为胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点液芯光纤发光物质、反馈结构是光纤布拉格光栅(FBG)、泵浦源是波长980nm激光二极管的“ASE”光源；通过粒子尺寸调控，精确调整胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点的发光波长，以满足最佳光纤低损耗的传输要求；利用特定工作波长的光纤布拉格光栅，反射胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点的特定窄带波长区间的辐射，在泵浦源的作用下，在胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点液芯光纤中产生光放大自发辐射；通过光学结构，利用萨格奈克效应产生萨格奈克相移，经过光电探测和信号处理系统产生陀螺的输出信号，制备出低损耗光纤陀螺。
作为优选，所述光学结构为2×2光纤耦合器、LiNbO3 Y波导和光纤环的组合。
作为优选，所述光电探测和信号处理系统包括由光电探测器、前置放大器和A/D转换器组成的前端电路；信号解调电路、积分电路、寄存器和方波生成电路组成的数字逻辑电路FPGA；D/A转换器和功放电路组成的驱动电路。
一种基于胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点窄带“ASE”光源的光纤陀螺的制备方法，具体步骤如下：
步骤1：胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点的制备：首先，制备胶体PbSe量子点：将0.892gPbO(4.000mmol)、2.600g油酸(8.000mmol)、12.848g十八烯装入实验容器中，在氮气保护的环境下，把混合溶液加热170℃，直到PbO全部溶解，溶液变至无色；在手套箱中配置质量比为10％的Se-三丁基磷溶液，取出6.4g迅速注入到快速搅拌的反应溶液中；温度迅速下降并保持在148℃，在这个温度下让纳米晶生长4分钟，然后迅速注入过量的室温甲苯溶液，将反应扑灭；使用氯仿-甲醇萃取，并用丙酮沉积，将PbSe量子点纯化，然后溶解到四氯乙烯中，得到胶体PbSe量子点溶液；其次，制备胶体PbSe/CdSe核壳量子点：在60℃温度和氮气环境下，将0.1804g环己烷丁酸镉溶解在8.1300g油胺中，获得0.04M无色的Cd注射液；在220℃温度和氮气环境下，将0.0316g Se盐溶解在7.88g十八烯中，获得0.04M清澈黄色Se注射液；将PbSe量子点净化，溶解在正己烷溶液中，加入3.315×10-2mmol Cd和Se先驱，再加入1.500g十八胺和5.000g十八烯，形成第一层CdSe壳；随后，采用同样方法获得第二层CdSe壳；将上述溶液置入到25mL的实验容器中，移去正己烷，加入预先准备好的Cd和Se溶液；通过注入甲苯将反应扑灭，用甲醇和丙酮来纯化反应产物并将其沉淀出来；将产物再次溶解到四氯乙烯溶剂中，得到胶体PbSe/CdSe量子点溶液；最后，制备胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点：按前述方法包覆两层CdSe壳层后，再注入Zn和Se，其中第一次注入5.127×10-2mmol，生成第一层ZnSe壳；第二次注入6.131×10-2mmol，生成第二层ZnSe壳；通过注入甲苯将反应扑灭，用甲醇和丙酮来纯化反应产物并将其沉淀出来；将产物再次溶解到四氯乙烯溶剂中，得到胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点溶液；
步骤2：制备胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点液芯光纤：选择内径50μm、外径125μm的SiO2空芯光纤，采用真空吸附法将胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点溶液灌入50/125μm空芯光纤，利用光纤切割刀，将胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点液芯光纤切成所需的长度，使用直径46μm的SiO2纤丝插入胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点液芯光纤两端，并涂覆少量光纤胶固化，研磨、抛光后形成光滑平整的端面；
步骤3：制备胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点窄带“ASE”光源：选择SiO2制备Y型光纤，两个支臂光纤内径均是50μm，一个支臂光纤与波长980nm激光二极管耦合，输入泵浦光；另一支臂光纤刻制光纤布拉格光栅，中心波长是1558nm，反射量子点的反向发光，作为“信号光”返回胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点液芯光纤；两个支臂光纤汇集形成内径80μm的主臂光纤，经2×2光纤耦合器与胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点液芯光纤链接，形成胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点窄带“ASE”光源；
步骤4：制备光纤陀螺的光学结构：由三部分构成：一是光纤环，纤环直径100mm，采用内径50μm、外径125μm的SiO2光纤，长度1500m，四级对称方法绕制，绕制过程保持应力均匀、无扭曲、排列整齐；绕制之后须经一定的高低温处理，以消除应力；二是耦合器，采用2×2光纤耦合器；三是多功能集成光学芯片，即LiNbO3 Y波导，由一个50:50耦合器、一个起偏器和两个相位调制器组成；
步骤5：制备光电探测和信号处理系统：包括：一是光电探测器，采用半导体PIN光电二极管；二是前端电路，由前置放大器和A/D转换器组成；三是数字逻辑电路FPGA，由信号解调电路、积分电路、寄存器和方波生成电路组成；四是驱动电路，由D/A转换器和功放电路组成；
步骤6：将胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点窄带“ASE”光源、光纤陀螺的光学结构、光电探测和信号处理系统组合，得到基于胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点窄带“ASE”光源的光纤陀螺。
本发明的有益效果是：
第一：本发明采用胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点作为辐射工作物质，利用量子受限效应，通过调控量子点尺寸变化实现精细调整光纤陀螺的工作波长，可以产生光纤最小损耗的传输波长，进而增加光纤环的长度，提高光纤陀螺的精度。
第二：本发明采用特定工作波长的光纤布拉格光栅反射胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点沿反向传输的荧光辐射，作为液芯光纤中胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点的受激信号光，调控胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点液芯光纤产生ASE辐射，可以产生低相干度窄带发光，有效减小克尔效应和瑞利背向散射等噪声。
附图说明
图1为基于胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点窄带“ASE”光源的光纤陀螺结构示意图。
图2是胶体PbSe、PbSe/CdSe、PbSe/CdSe/ZnSe量子点的透射电镜图和尺寸分布直方图。
图3是胶体PbSe、PbSe/CdSe、PbSe/CdSe/ZnSe量子点的光致发光光谱(Photoluminescence Spectroscopy，PL)图。
图4是胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点液芯光纤灌装图示。
图5是胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点液芯光纤输出光强度与泵浦光功率、量子点浓度、光纤长度的实验关系曲线。
图6是基于胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点液芯光纤的“ASE”光辐射源结构示意图。
图7是基于胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点液芯光纤的“ASE”光辐射源辐射光谱分布图。
图8是光源辐射光谱处在石英光纤最低损耗区位置图示。
图9是常温下光纤陀螺测量输出信号随时间变化曲线。
图10是光纤陀螺输出的Allan方差拟合曲线图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
基于胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点窄带“ASE”光源的光纤陀螺，包括光源、光学结构、光电探测和信号处理系统；所述光源为胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点液芯光纤发光物质、反馈结构是光纤布拉格光栅、泵浦源是波长980nm激光二极管的“ASE”光源；通过粒子尺寸调控，精确调整胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点的发光波长，以满足最佳光纤低损耗的传输要求；利用特定工作波长的光纤布拉格光栅，反射胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点的特定窄带波长区间的辐射，在泵浦源的作用下，在胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点液芯光纤中产生光放大自发辐射；通过光学结构，利用萨格奈克效应产生萨格奈克相移，经过光电探测和信号处理系统产生陀螺的输出信号，制备出低损耗光纤陀螺。
作为优选，所述光学结构为2×2光纤耦合器、LiNbO3 Y波导和光纤环的组合。
作为优选，所述光电探测和信号处理系统为由光电探测器、前置放大器和A/D转换器组成的前端电路；信号解调电路、积分电路、寄存器和方波生成电路组成的数字逻辑电路FPGA；D/A转换器和功放电路组成的驱动电路，所述光电探测和信号处理系统为现有技术，此处不再赘述。
本发明的光纤陀螺系统结构如图1所示，其工作原理为：基于胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点的窄带“ASE”光源，发出中心波长λ、半峰宽为Δλ的窄带准单色辐射；窄带准单色辐射经过2×2光纤耦合器和LiNbO3Y波导进入光纤环；在LiNbO3Y波导中，光被分为两束，分别沿光纤环顺、逆时针相向传输，构成Sagnac干涉仪，两束光波之间形成一个和陀螺旋转角速率Ω成正比的相位差
Figure BDA0003333687910000071
满足如下关系：
Figure BDA0003333687910000081
光电探测器将感受到相位差转换成电压信号，经过A/D转换器转换，在输出方波的两个相邻半周期上进行采样，前半个周期的数字量减去后半个周期的数字量，得到一个数字解调信号；解调信号经过积分后产生闭环回路的反馈信号，同时将该数字量存储在寄存器中，并作为光纤陀螺输出，然后，数字阶梯波与方波偏置调制信号叠加，经过D/A转换器和功率放大器转换为模拟信号，施加到相位调制器上，于是得到光纤陀螺的输出信号，具有如下函数形式
Vout＝(2πLD/cλ)·(2N/KmVpp)Ω＝KΩ (2)
K＝(2πLD/cλ)·(2N/KmVpp)
式中，Km是Y波导调制系数，VPP是阶梯波的峰－峰值，N是数模转换器的位数，K称为光纤陀螺标度因数。显然，光纤环直径和长度越大，输出信号的灵敏度越高。光纤环长度受限于光纤的损耗，只有选取最佳的光辐射波长，才能确保最小的损耗和最大程度提高光纤环的长度，因此，光纤陀螺选择合适光谱分布的、基于胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点工作物质的、窄带光纤发光光源是本发明的关键点和创新点。
一种基于胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点窄带“ASE”光源的光纤陀螺的制备方法，具体步骤如下：
步骤1：胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点的制备：首先，制备胶体PbSe量子点：将0.892gPbO(4.000mmol)、2.600g油酸(8.000mmol)、12.848g十八烯装入实验容器中，在氮气保护的环境下，把混合溶液加热170℃，直到PbO全部溶解，溶液变至无色；在手套箱中配置质量比为10％的Se-三丁基磷溶液，取出6.4g迅速注入到快速搅拌的反应溶液中；温度迅速下降并保持在148℃，在这个温度下让纳米晶生长4分钟，然后迅速注入过量的室温甲苯溶液，将反应扑灭；使用氯仿-甲醇萃取，并用丙酮沉积，将PbSe量子点纯化，然后溶解到四氯乙烯中，得到胶体PbSe量子点溶液；其次，制备胶体PbSe/CdSe核壳量子点：在60℃温度和氮气环境下，将0.1804g环己烷丁酸镉溶解在8.1300g油胺中，获得0.04M无色的Cd注射液；在220℃温度和氮气环境下，将0.0316g Se盐溶解在7.88g十八烯中，获得0.04M清澈黄色Se注射液；将PbSe量子点净化，溶解在正己烷溶液中，加入3.315×10-2mmol Cd和Se先驱，再加入1.500g十八胺和5.000g十八烯，形成第一层CdSe壳；随后，采用同样方法获得第二层CdSe壳；将上述溶液置入到25mL的实验容器中，移去正己烷，加入预先准备好的Cd和Se溶液；通过注入甲苯将反应扑灭，用甲醇和丙酮来纯化反应产物并将其沉淀出来；将产物再次溶解到四氯乙烯溶剂中，得到胶体PbSe/CdSe量子点溶液；最后，制备胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点：按前述方法包覆两层CdSe壳层后，再注入Zn和Se，其中第一次注入5.127×10-2mmol，生成第一层ZnSe壳；第二次注入6.131×10-2mmol，生成第二层ZnSe壳；通过注入甲苯将反应扑灭，用甲醇和丙酮来纯化反应产物并将其沉淀出来；将产物再次溶解到四氯乙烯溶剂中，得到胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点溶液；
步骤2：制备胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点液芯光纤：选择内径50μm、外径125μm的SiO2空芯光纤，采用真空吸附法将胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点溶液灌入50/125μm空芯光纤，如图4所示。灌装空芯光纤的输出功率，由泵浦功率、量子点溶液浓度和光纤长度决定，图5是胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点液芯光纤输出功率与泵浦光功率、量子点溶液浓度和光纤长度的实验关系曲线(在波长980nm泵浦波长条件下)。利用光纤切割刀，将胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点液芯光纤切成所需的长度，使用直径46μm的SiO2纤丝插入胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点液芯光纤两端，并涂覆少量光纤胶固化，研磨、抛光后形成光滑平整的端面；
步骤3：制备胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点窄带“ASE”光源：选择SiO2制备Y型光纤，两个支臂光纤内径均是50μm，一个支臂光纤与波长980nm激光二极管耦合，输入泵浦光；另一支臂光纤刻制光纤布拉格光栅(FBG)，中心波长是1558nm，反射量子点的反向发光，作为“信号光”返回胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点液芯光纤；两个支臂光纤汇集形成内径80μm的主臂光纤，经2×2光纤耦合器与胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点液芯光纤链接，其作用包括：一是将泵浦光送入胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点液芯光纤，激发胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点，形成激子，产生复合发光；二是将胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点的反向发光收集，再经光纤布拉格光栅反射，收集反射光再进入胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点液芯光纤，激发量子点产生受激辐射，形成胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点窄带“ASE”光源如图6所示；
步骤4：制备光纤陀螺的光学结构：由三部分构成：一是光纤环，纤环直径100mm，采用内径50μm、外径125μm的SiO2光纤，长度1500m，四级对称方法绕制，绕制过程保持应力均匀、无扭曲、排列整齐；绕制之后须经一定的高低温处理，以消除应力；二是耦合器，采用2×2光纤耦合器；三是多功能集成光学芯片，即LiNbO3 Y波导，由一个50:50耦合器、一个起偏器和两个相位调制器组成，相位调制器采用推挽工作模式，并对陀螺光波进行本征频率方波调制；
步骤5：制备光电探测和信号处理系统：包括：一是光电探测器，采用半导体PIN光电二极管，将接收到的光信号转换成相应的电压信号，同时具有一定放大作用；二是前端电路，由前置放大器和A/D转换器组成，将电压信号放大，再经过A/D转换器完成模数转换，输出给后续电路处理；三是数字逻辑电路FPGA，由信号解调电路、积分电路、寄存器和方波生成电路组成，将光纤陀螺的转速信号输出，同时生成转速调制的阶梯型方波信号，用于后续对LiNbO3Y波导的调制；四是驱动电路，由D/A转换器和功放电路组成，将阶梯型方波信号转换成模拟信号，经放大后送入LiNbO3Y波导调制器；
步骤6：将胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点窄带“ASE”光源、光纤陀螺的光学结构、光电探测和信号处理系统按图1所示进行组合，得到基于胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点窄带“ASE”光源的光纤陀螺。
步骤7：根据公式(2)，对光纤陀螺标度因数K进行标定：将光纤陀螺放置在转动角速度可以准确调控的转台上，转台旋转轴与当地垂线方位平行，光纤陀螺测量轴平行于旋转轴，转台角速度对应陀螺仪输出值如表1所示，利用最小二乘法进行线性拟合，得到标度因数K＝4.7628×107bit·(°/h)-1，标度因数的的非线性度是10ppm。
表1光纤陀螺标度因数的标定数据
Figure BDA0003333687910000121
为了验证本发明基于胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点窄带“ASE”光源的光纤陀螺的工作性能，本发明进行了以下表征：
(1)胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点发光特性表征。胶体PbSe量子点、CdSe/ZnSe量子点、PbSe/CdSe/ZnSe量子点的透射电镜图片如图2所示，三者尺寸分别是4.8nm、6.2nm、7.4nm；同时，图3给出胶体PbSe量子点、CdSe/ZnSe量子点、PbSe/CdSe/ZnSe量子点的荧光光谱，峰值波长分别位于1490nm、1520nm、1548nm，而且胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点的荧光光谱显示出良好的稳定性，在放置19天后，发光强度未见明显降低。
(2)基于图5所示结构的胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点窄带“ASE”光源的发光特性表征。在室温、工作电流100mA的条件下，本光源辐射光谱分布如图7所示，其中心波长是1558.2nm，谱线半宽度是28.6nm。图8是光源辐射光谱处在石英光纤最低损耗区的位置图示，显然，本光源辐射光谱分布处于损耗最低区域。在室温下，光源辐射中心波长和谱线半宽度随工作电流的变化见表2。同时，光源输出功率温度稳定性测试数据见表3。
表2光源辐射中心波长和谱线半宽度随工作电流的变化
温度(℃) 工作电流(mA) 中心波长(nm) 谱线半宽度(nm)
25 70 1558.5 28.8
25 100 1558.2 28.6
25 120 1557.8 28.9
表3光源辐射输出功率温度稳定性测试数据
温度(℃) 保温时间(min) 工作电流(mA) 输出功率(μW)
25 30 100 1136
-50 30 100 1121
85 30 100 1131
(3)基于胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点窄带“ASE”光源的光纤陀螺发光特性表征。图9是常温下光纤陀螺测量输出随时间变化曲线，显示出良好的稳定性。图10是光纤陀螺输出的Allan方差拟合曲线图。由图9和图10曲线可知光纤陀螺的零偏为9.8051o/h(所在地N39°56’，E 116°20’)，零偏稳定性为0.001o/h，随机游走系数为0.00045o/h1/2。多次测量光纤陀螺的输出，输出性能稳定，零偏重复性为0.001o/h。
本发明通过调控量子点尺寸，实现胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点发光波长的精确选择，满足光纤对最佳低损耗的要求；通过设计耦合器和特定工作波长(中心波长是1558nm)的光纤布拉格光栅(FBG)，使泵浦光源和光纤布拉格光栅与胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点液芯光纤实现耦合；在胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点液芯光纤中产生特定波长分布的发光，同时光纤布拉格光栅对反向传播的胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点特定窄带区间的发光波长实现强烈反射，返回胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点液芯光纤中，产生光放大自发辐射，由此制备出一种基于胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点工作物质的窄带光纤发光器件，在此基础上，胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点窄带“ASE”光源发出特定波长的辐射，通过2×2光纤耦合器和Y波导进入光纤环中，利用萨格奈克(Sagnac)效应产生萨格奈克相移，经过光电探测器和信号处理电路产生陀螺的输出信号。
所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (4)

1.基于胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点窄带“ASE”光源的光纤陀螺，其特征在于：包括光源、光学结构、光电探测和信号处理系统；所述光源为胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点液芯光纤发光物质、反馈结构是光纤布拉格光栅、泵浦源是波长980nm激光二极管的“ASE”光源；通过调控量子点尺寸，精确调整胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点的发光波长，以满足最佳光纤低损耗的传输要求；利用特定工作波长的光纤布拉格光栅，反射胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点的特定窄带波长区间的辐射，在泵浦源的作用下，在胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点液芯光纤中产生光放大自发辐射；通过光学结构，利用萨格奈克效应产生萨格奈克相移，经过光电探测和信号处理系统产生陀螺的输出信号，制备出低损耗光纤陀螺。
2.如权利要求 1所述的基于胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点窄带“ASE”光源的光纤陀螺，其特征在于：所述光学结构为2×2光纤耦合器、LiNbO3Y波导和光纤环的组合。
3.如权利要求 1所述的基于胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点窄带“ASE”光源的光纤陀螺，其特征在于：所述光电探测和信号处理系统包括光电探测器、前置放大器和A/D转换器组成的前端电路；信号解调电路、积分电路、寄存器和方波生成电路组成的数字逻辑电路FPGA；D/A转换器和功放电路组成的驱动电路。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的基于胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点窄带“ASE”光源的光纤陀螺的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：
步骤1：胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点的制备：首先，制备胶体PbSe量子点：将0.892g PbO(4.000mmol)、2.600g油酸(8.000mmol)、12.848g十八烯装入实验容器，在氮气保护的环境下，把混合溶液加热170℃，直到PbO全部溶解，溶液变至无色；在手套箱中配置质量比为10％的Se-三丁基磷溶液，取出6.4g迅速注入到快速搅拌的反应溶液中；温度迅速下降并保持在148℃，在这个温度下让纳米晶生长4分钟，然后迅速注入过量的室温甲苯溶液，将反应扑灭；使用氯仿-甲醇萃取，并用丙酮沉积，将PbSe量子点纯化，然后溶解到四氯乙烯中，得到胶体PbSe量子点溶液；其次，制备胶体PbSe/CdSe核壳量子点：在60℃温度和氮气环境下，将0.1804g环己烷丁酸镉溶解在8.1300g油胺中，获得0.04M无色的Cd注射液；在220℃温度和氮气环境下，将0.0316g Se盐溶解在7.88g十八烯中，获得0.04M清澈黄色Se注射液；将PbSe量子点净化，溶解在正己烷溶液中，加入3.315×10-2mmol Cd和Se先驱，再加入1.500g十八胺和5.000g十八烯，形成第一层CdSe壳；随后，采用同样方法获得第二层CdSe壳；将上述溶液置入到25mL的实验容器中，移去正己烷，加入预先准备好的Cd和Se溶液；通过注入甲苯将反应扑灭，用甲醇和丙酮来纯化反应产物并将其沉淀出来；将产物再次溶解到四氯乙烯溶剂中，得到胶体PbSe/CdSe量子点溶液；最后，制备胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点：按前述方法包覆两层CdSe壳层后，再注入Zn和Se，其中第一次注入5.127×10-2mmol，生成第一层ZnSe壳；第二次注入6.131×10-2mmol，生成第二层ZnSe壳；通过注入甲苯将反应扑灭，用甲醇和丙酮来纯化反应产物并将其沉淀出来；将产物再次溶解到四氯乙烯溶剂中，得到胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点溶液；
步骤2：制备胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点液芯光纤：选择SiO2空芯光纤，采用真空吸附法将胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点溶液灌入空芯光纤，利用光纤切割刀，将胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点液芯光纤切成所需的长度，使用SiO2纤丝插入胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点液芯光纤两端，并涂覆少量光纤胶固化，研磨、抛光后形成光滑平整的端面；
步骤3：制备胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点窄带“ASE”光源：选择SiO2制备Y型光纤，一个支臂光纤与波长980nm激光二极管耦合，输入泵浦光；另一支臂光纤刻制光纤布拉格光栅，反射量子点的反向发光，作为“信号光”返回胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点液芯光纤；两个支臂光纤汇集形成主臂光纤，经2×2光纤耦合器与胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点液芯光纤链接，形成胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点窄带“ASE”光源；
步骤4：制备光纤陀螺的光学结构：由三部分构成：一是光纤环，纤环直径100mm，采用内径50μm、外径125μm的SiO2光纤，长度1500m，四级对称方法绕制，绕制过程保持应力均匀、无扭曲、排列整齐；绕制之后须经一定的高低温处理，以消除应力；二是耦合器，采用2×2光纤耦合器；三是多功能集成光学芯片，即LiNbO3 Y波导，由一个50:50耦合器、一个起偏器和两个相位调制器组成；
步骤5：制备光电探测和信号处理系统：包括：一是光电探测器，采用半导体PIN光电二极管；二是前端电路，由前置放大器和A/D转换器组成；三是数字逻辑电路FPGA，由信号解调电路、积分电路、寄存器和方波生成电路组成；四是驱动电路，由D/A转换器和功放电路组成；
步骤6：将胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点窄带“ASE”光源、光纤陀螺的光学结构、光电探测和信号处理系统组合，得到基于胶体PbSe/CdSe/ZnSe量子点窄带“ASE”光源的光纤陀螺。
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