石墨烯-微納光纖復合結構全光調制器的制造方法
【專利摘要】石墨烯?微納光纖復合結構全光調制器，涉及光通信及其傳感傳輸技術領域。包括氟化鎂基片、微納光纖、石墨烯薄膜，所述微納光纖包括輸入光纖、輸出光纖，所述輸入光纖、輸出光纖分別固定在所述氟化鎂基片上，輸入光纖、輸出光纖之間間隔，石墨烯薄膜覆蓋在輸入光纖、輸出光纖上，輸入光纖、輸出光纖的接頭端分別設置在氟化鎂基片外。該全光調制器體積小、響應速度快、制備工藝簡單、無需波導光纖耦合、封裝容易、成本低、利于全光纖化、寬光帶（覆蓋可見光及近紅外波段）的工作波長等優勢。該全光調制器采用了石墨烯拉錐光纖結構，系統誤差和光損耗都很小。
【專利說明】
石墨烯-微納光纖復合結構全光調制器
技術領域
[0001]本實用新型涉及光通信及其傳感傳輸技術領域，具體涉及一種光信號的調制裝置。
【背景技術】
[0002]光通信技術作為現代通信骨干網的核心，支撐著當代的信息工業。光調制技術是光通信的基礎，其作用是將比特信號加載到光波上，即通過連續的開關作用產生受調制的光脈沖。基于電光效應、聲光效應、磁光效應、Franz-Keldysh效應、量子講Stark效應、載流子色散效應等原理，人們開發出了各種光調制器件。
[0003]傳統的電光、聲光調制器都是通過晶體實現光信號的調制，破壞了全光纖結構，并且不易于耦合，損耗大等缺點。雖然現在出現了基于光纖布拉格光柵的全光纖調制器，但是此調制器針對不同的工作波長需要進行特殊制定布拉格光柵，并且響應速度較慢。基于上述光調制器的缺點，對于全光纖結構的寬光帶的全光調制器的研制迫在眉睫。
[0004]全光調制能直接實現全光通信，可以避免電路通信系統中的缺陷。在信息社會中，數據通信和因特網的日益發展促使市場對傳輸速率和通信容量需求不斷增加，從而光傳輸網絡的需求量也迅速增長，在大容量光傳輸系統中，對光信號的高速調制必不可少。全光調制是高速、長距離光通信的關鍵器件，也是最重要的集成光學器件。
[0005]自英國曼徹斯特大學物理學家海姆和諾沃肖洛夫成功從石墨烯中分離出石墨烯，這種只有一層原子厚度的材料因其奇特的結構和優異的性能，吸引了人們巨大的熱情。石墨烯是零帶隙的半導體材料，其能帶結構在K空間呈對頂的雙錐形，費米能級在狄拉克點之上。正是石墨烯這種獨特的能帶結構，使得石墨烯具有寬光帶的相互作用，可以覆蓋可見光和近紅外。另外由于泡里阻塞現象的存在，石墨烯存在可飽和吸收現象。在石墨烯的可飽和吸收過程中存在兩個特征弛豫時間:通過載流子-載流子散射實現的帶內載流子熱平衡，以及隨后的載流子-聲子散射和帶間載流子復合過程。帶內載流子熱平衡時間極短，在10-107fs范圍內。帶間載流子熱平衡的時間較長，在0.4-1.7ps左右。可見石墨烯的可飽和吸收特性的時間響應能力是極快的。由于石墨烯的泡里阻塞效應，當低功率的光通過石墨烯時，光的透過率較低；當高功率的光通過石墨烯時，光的透過率較高。那么基于石墨烯這樣的可飽和吸收特性、泡里阻塞效應以及其獨特的零帶隙結構，我們可以基于石墨烯構建出通過調節調控光的功率來改變信號光功率的全光調制器。
[0006]現有的光通信系統中大量使用獨立封裝的單個調制器，基于波導結構的石墨烯調制器需要在其兩端連接光纖，以便與光通信系統兼容；同時波導與光纖之間耦合會產生較大的損耗;而波導封裝的成本也會增加器件的成本。因此設計一種廉價、低損耗的新型的石墨烯全光調制器具有重要意義。
【實用新型內容】
[0007]本實用新型的目的是克服現有技術的不足，提供一種基于石墨烯材料的全光纖的寬光帶的全光調制器及其方法。
[0008]本實用新型包括氟化鎂基片、微納光纖、石墨烯薄膜，所述微納光纖包括輸入光纖、輸出光纖，所述輸入光纖、輸出光纖分別固定在所述氟化鎂基片上，所述輸入光纖、輸出光纖之間間隔，所述石墨烯薄膜覆蓋在所述輸入光纖、輸出光纖上，所述輸入光纖、輸出光纖的接頭端分別設置在氟化鎂基片外。
[0009]本實用新型所述輸入光纖、輸出光纖覆蓋在所述石墨烯薄膜下的端部設置成錐形。
[0010]本實用新型所述輸入光纖、輸出光纖與所述氟化鎂基片的邊緣處通過膠水固定。
[0011]所述微納光纖的接頭端部單模光纖接入光路連接，傳播控光和信號光。所述通過微納光纖接頭焊接波分復用器進行連接調控光調制信號和信號光，通過調控光強度控制微納光纖附近的倏逝場強度。
[0012]所述氟化鎂基片折射率為1.3?1.4，優選1.37，所述微納光纖直徑為0.1?2μπι。
[0013]所述覆蓋在微納光纖上的石墨烯薄膜為單層。
[0014]基于石墨烯材料的全光纖全光調制器的制造方法的步驟如下:
[0015]I)首先將直徑約為125μπι的單膜光纖通過氫氧焰加熱，并且通過步進電機進行拉錐處理了，拉錐直徑可以制作為0.1-2μπι;
[0016]2)將拉錐處理的微納光纖鋪設在氟化鎂的平板基片上，用膠水固定；
[0017]3)把以有機物(PDMS)作為襯底的石墨烯薄膜貼合在微納光纖的拉錐處；
[0018]4)微納光纖兩端可以焊接適當波長的波分復用器實現調控光和信號光的耦合及分離；
[0019]本實用新型與現有技術相比其為全光調制器，即用帶有信號的控制光控制另外一束信號光，用于全光信息傳輸與處理系統中；
[0020]光纖為拉錐工藝處理，為圓對稱型，方法簡單，容易操作；
[0021 ]采用的石墨烯對光的可飽和吸收效應以及兩束光在石墨烯的交叉損耗調制效應；
[0022]綜上所述，本實用新型與現有技術相比，具有的有益效果如下:該全光調制器體積小、響應速度快、制備工藝簡單、無需波導光纖耦合、封裝容易、成本低、利于全光纖化、寬光帶(覆蓋可見光及近紅外波段)的工作波長等優勢。該全光調制器采用了石墨烯拉錐光纖結構，系統誤差和光損耗都很小。
【附圖說明】
[0023]圖1為本實用新型的一種結構不意圖；
[0024]圖2為圖1的橫截面剖視示意圖；
[0025]圖3為石墨烯的結構圖；
[0026]圖4為本實用新型的工作波形示意圖。
【具體實施方式】
[0027]如圖1、2所示，本石墨烯-微納光纖復合結構全光調制器包括氟化鎂基片1、微納光纖2、石墨烯薄膜3，微納光纖2包括輸入光纖、輸出光纖，輸入光纖、輸出光纖分別固定在所述氟化鎂基片I上，輸入光纖、輸出光纖之間間隔，石墨稀薄膜3覆蓋在輸入光纖、輸出光纖上，覆蓋在微納光纖2上的石墨烯薄膜3為單層，輸入光纖、輸出光纖的接頭端分別設置在氟化鎂基片I外。輸入光纖、輸出光纖覆蓋在石墨烯薄膜3下的端部設置成錐形。輸入光纖、輸出光纖與氟化鎂基片I的邊緣處通過膠水固定。氟化鎂基片I折射率為1.3?1.4，優選1.37，所述微納光纖直徑為0.1?2μηι。
[0028]基于石墨烯材料的全光纖全光調制器的制造方法的步驟如下:
[0029]I)首先將直徑約為125μπι的單膜光纖通過氫氧焰加熱，并且通過步進電機進行拉錐處理了，拉錐直徑可以制作為0.1-2μπι;
[0030]2)將拉錐處理的微納光纖鋪設在氟化鎂的平板基片上，用膠水固定；
[0031 ] 3)把以有機物(PDMS)作為襯底的石墨烯薄膜貼合在微納光纖的拉錐處；
[0032]4)微納光纖兩端可以焊接適當波長的波分復用器實現調控光和信號光的耦合及分離；
[0033]實施例:
[0034]如圖1、2、3所示，直徑為0.1?2μπι的微納光纖2貼附固定在lcm*2cm的氟化鎂基片I上，在氟化鎂基片上的微納光纖2上層蓋上面積25μπι2單層石墨烯薄膜3，最后，為保護整個調制器結構，以折射率為1.37左右的膠水進行上表面涂覆封裝，僅留出光纖接頭。在實際運用過程中，調控光和信號光通過適當波長的波分復用器一起通過光纖接頭2通過倏逝場和石墨烯3進行相互作用，受調控光信號影響，強度恒定的輸入信號光從輸入端2進入，隨著連續波長的調控光的輸入功率的增加，信號光從輸出端4輸出的功率逐漸增加。把調控光改為激光脈沖輸入，在調控光的調制作用下，強度恒定的信號光在光信號輸出端4變成了已調脈沖。在輸出端4焊接適當波長的解波分復用器把調控光和信號光進行分離。
[0035]整個石墨烯-微納光纖復合結構全光調制器的厚度約為5mm。其工作過程為，輸入光信號沿著微納光纖在基片和石墨烯覆蓋層之間傳播，強度不變，調制光信號也通過光纖接頭沿著微納光纖在基片和石墨烯覆蓋層之間傳播，當調控光的功率周期性的變化就會有節律的改變石墨烯的光導通率，進而使沿石墨烯薄膜傳導的倏逝場強度隨調控光信號改變，在輸出端得到受調控光調制的光脈沖序列。
【主權項】
1.石墨烯-微納光纖復合結構全光調制器，包括氟化鎂基片、微納光纖、石墨烯薄膜，其特征在于所述微納光纖包括輸入光纖、輸出光纖，所述輸入光纖、輸出光纖分別固定在所述氟化鎂基片上，所述輸入光纖、輸出光纖之間間隔，所述石墨烯薄膜覆蓋在所述輸入光纖、輸出光纖上，所述輸入光纖、輸出光纖的接頭端分別設置在氟化鎂基片外。2.根據權利要求1所述的石墨烯-微納光纖復合結構全光調制器，其特征在于所述輸入光纖、輸出光纖覆蓋在所述石墨烯薄膜下的端部設置成錐形。3.根據權利要求1所述的石墨烯-微納光纖復合結構全光調制器，其特征在于所述輸入光纖、輸出光纖與所述氟化鎂基片的邊緣處通過膠水固定。4.根據權利要求1所述的石墨烯-微納光纖復合結構全光調制器，其特征在于所述氟化鎂基片折射率為1.3?1.4。5.根據權利要求1或4所述的石墨烯-微納光纖復合結構全光調制器，其特征在于所述氟化鎂基片折射率為1.37。6.根據權利要求1所述的石墨烯-微納光纖復合結構全光調制器，其特征在于所述微納光纖直徑為0.1?2μηι。7.根據權利要求1所述的石墨烯-微納光纖復合結構全光調制器，其特征在于所述覆蓋在微納光纖上的石墨烯薄膜為單層。
【文檔編號】G02F2/00GK205539860SQ201620133746
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年2月23日
【發明人】賈文章, 宋峰, 陳侃松, 馮鳴, 張衛國
【申請人】江蘇西貝電子網絡有限公司