石墨烯-微纳光纤复合结构全光调制器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光通信及其传感传输技术领域，具体涉及一种光信号的调制装置。
【背景技术】
[0002]光通信技术作为现代通信骨干网的核心，支撑着当代的信息工业。光调制技术是光通信的基础，其作用是将比特信号加载到光波上，即通过连续的开关作用产生受调制的光脉冲。基于电光效应、声光效应、磁光效应、Franz-Keldysh效应、量子讲Stark效应、载流子色散效应等原理，人们开发出了各种光调制器件。
[0003]传统的电光、声光调制器都是通过晶体实现光信号的调制，破坏了全光纤结构，并且不易于耦合，损耗大等缺点。虽然现在出现了基于光纤布拉格光栅的全光纤调制器，但是此调制器针对不同的工作波长需要进行特殊制定布拉格光栅，并且响应速度较慢。基于上述光调制器的缺点，对于全光纤结构的宽光带的全光调制器的研制迫在眉睫。
[0004]全光调制能直接实现全光通信，可以避免电路通信系统中的缺陷。在信息社会中，数据通信和因特网的日益发展促使市场对传输速率和通信容量需求不断增加，从而光传输网络的需求量也迅速增长，在大容量光传输系统中，对光信号的高速调制必不可少。全光调制是高速、长距离光通信的关键器件，也是最重要的集成光学器件。
[0005]自英国曼彻斯特大学物理学家海姆和诺沃肖洛夫成功从石墨烯中分离出石墨烯，这种只有一层原子厚度的材料因其奇特的结构和优异的性能，吸引了人们巨大的热情。石墨烯是零带隙的半导体材料，其能带结构在K空间呈对顶的双锥形，费米能级在狄拉克点之上。正是石墨烯这种独特的能带结构，使得石墨烯具有宽光带的相互作用，可以覆盖可见光和近红外。另外由于泡里阻塞现象的存在，石墨烯存在可饱和吸收现象。在石墨烯的可饱和吸收过程中存在两个特征弛豫时间:通过载流子-载流子散射实现的带内载流子热平衡，以及随后的载流子-声子散射和带间载流子复合过程。带内载流子热平衡时间极短，在10-107fs范围内。带间载流子热平衡的时间较长，在0.4-1.7ps左右。可见石墨烯的可饱和吸收特性的时间响应能力是极快的。由于石墨烯的泡里阻塞效应，当低功率的光通过石墨烯时，光的透过率较低；当高功率的光通过石墨烯时，光的透过率较高。那么基于石墨烯这样的可饱和吸收特性、泡里阻塞效应以及其独特的零带隙结构，我们可以基于石墨烯构建出通过调节调控光的功率来改变信号光功率的全光调制器。
[0006]现有的光通信系统中大量使用独立封装的单个调制器，基于波导结构的石墨烯调制器需要在其两端连接光纤，以便与光通信系统兼容；同时波导与光纤之间耦合会产生较大的损耗;而波导封装的成本也会增加器件的成本。因此设计一种廉价、低损耗的新型的石墨烯全光调制器具有重要意义。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于石墨烯材料的全光纤的宽光带的全光调制器及其方法。
[0008]本发明包括氟化镁基片、微纳光纤、石墨烯薄膜，所述微纳光纤包括输入光纤、输出光纤，所述输入光纤、输出光纤分别固定在所述氟化镁基片上，所述输入光纤、输出光纤之间间隔，所述石墨烯薄膜覆盖在所述输入光纤、输出光纤上，所述输入光纤、输出光纤的接头端分别设置在氟化镁基片外。
[0009]本发明所述输入光纤、输出光纤覆盖在所述石墨烯薄膜下的端部设置成锥形。
[0010]本发明所述输入光纤、输出光纤与所述氟化镁基片的边缘处通过胶水固定。
[0011]所述微纳光纤的接头端部单模光纤接入光路连接，传播控光和信号光。所述通过微纳光纤接头焊接波分复用器进行连接调控光调制信号和信号光，通过调控光强度控制微纳光纤附近的倏逝场强度。
[0012]所述氟化镁基片折射率为1.3?1.4，优选1.37，所述微纳光纤直径为0.1?2μπι。
[0013]所述覆盖在微纳光纤上的石墨烯薄膜为单层。
[0014]基于石墨烯材料的全光纤全光调制器的制造方法的步骤如下:
1)首先将直径约为125μπι的单膜光纤通过氢氧焰加热，并且通过步进电机进行拉锥处理了，拉锥直径可以制作为0.1-2μπι;
2)将拉锥处理的微纳光纤铺设在氟化镁的平板基片上，用胶水固定；
3)把以有机物(PDMS)作为衬底的石墨烯薄膜贴合在微纳光纤的拉锥处；
4)微纳光纤两端可以焊接适当波长的波分复用器实现调控光和信号光的耦合及分离； 本发明与现有技术相比其为全光调制器，即用带有信号的控制光控制另外一束信号光，用于全光信息传输与处理系统中；
光纤为拉锥工艺处理，为圆对称型，方法简单，容易操作；
采用的石墨烯对光的可饱和吸收效应以及两束光在石墨烯的交叉损耗调制效应；
综上所述，本发明与现有技术相比，具有的有益效果如下:该全光调制器体积小、响应速度快、制备工艺简单、无需波导光纤耦合、封装容易、成本低、利于全光纤化、宽光带(覆盖可见光及近红外波段)的工作波长等优势。该全光调制器采用了石墨烯拉锥光纤结构，系统误差和光损耗都很小。
【附图说明】
[0015]图1为本发明的一种结构不意图；
图2为图1的横截面剖视示意图；
图3为石墨烯的结构图；
图4为本发明的工作波形示意图。
具体实施例
[0016]如图1、2所示，本石墨烯-微纳光纤复合结构全光调制器包括氟化镁基片1、微纳光纤2、石墨烯薄膜3，微纳光纤2包括输入光纤、输出光纤，输入光纤、输出光纤分别固定在所述氟化镁基片I上，输入光纤、输出光纤之间间隔，石墨稀薄膜3覆盖在输入光纤、输出光纤上，覆盖在微纳光纤2上的石墨烯薄膜3为单层，输入光纤、输出光纤的接头端分别设置在氟化镁基片I外。输入光纤、输出光纤覆盖在石墨烯薄膜3下的端部设置成锥形。输入光纤、输出光纤与氟化镁基片I的边缘处通过胶水固定。氟化镁基片I折射率为1.3?1.4，优选1.37，所述微纳光纤直径为0.1?2μηι。
[0017]基于石墨烯材料的全光纤全光调制器的制造方法的步骤如下:
1)首先将直径约为125μπι的单膜光纤通过氢氧焰加热，并且通过步进电机进行拉锥处理了，拉锥直径可以制作为0.1-2μπι;
2)将拉锥处理的微纳光纤铺设在氟化镁的平板基片上，用胶水固定；
3)把以有机物(PDMS)作为衬底的石墨烯薄膜贴合在微纳光纤的拉锥处；
4)微纳光纤两端可以焊接适当波长的波分复用器实现调控光和信号光的耦合及分离； 实施例:
如图1、2、3所示，直径为0.1?2μπι的微纳光纤2贴附固定在Icm*2cm的氟化镁基片I上，在氟化镁基片上的微纳光纤2上层盖上面积25μπι2单层石墨烯薄膜3，最后，为保护整个调制器结构，以折射率为1.37左右的胶水进行上表面涂覆封装，仅留出光纤接头。在实际运用过程中，调控光和信号光通过适当波长的波分复用器一起通过光纤接头2通过倏逝场和石墨烯3进行相互作用，受调控光信号影响，强度恒定的输入信号光从输入端2进入，随着连续波长的调控光的输入功率的增加，信号光从输出端4输出的功率逐渐增加。把调控光改为激光脉冲输入，在调控光的调制作用下，强度恒定的信号光在光信号输出端4变成了已调脉冲。在输出端4焊接适当波长的解波分复用器把调控光和信号光进行分离。
[0018]整个石墨烯-微纳光纤复合结构全光调制器的厚度约为5mm。其工作过程为，输入光信号沿着微纳光纤在基片和石墨烯覆盖层之间传播，强度不变，调制光信号也通过光纤接头沿着微纳光纤在基片和石墨烯覆盖层之间传播，当调控光的功率周期性的变化就会有节律的改变石墨烯的光导通率，进而使沿石墨烯薄膜传导的倏逝场强度随调控光信号改变，在输出端得到受调控光调制的光脉冲序列。
【主权项】
1.石墨烯-微纳光纤复合结构全光调制器，包括氟化镁基片、微纳光纤、石墨烯薄膜，其特征在于所述微纳光纤包括输入光纤、输出光纤，所述输入光纤、输出光纤分别固定在所述氟化镁基片上，所述输入光纤、输出光纤之间间隔，所述石墨烯薄膜覆盖在所述输入光纤、输出光纤上，所述输入光纤、输出光纤的接头端分别设置在氟化镁基片外。2.根据权利要求1所述的石墨烯-微纳光纤复合结构全光调制器，其特征在于所述输入光纤、输出光纤覆盖在所述石墨烯薄膜下的端部设置成锥形。3.根据权利要求1所述的石墨烯-微纳光纤复合结构全光调制器，其特征在于所述输入光纤、输出光纤与所述氟化镁基片的边缘处通过胶水固定。4.根据权利要求1所述的石墨烯-微纳光纤复合结构全光调制器，其特征在于所述氟化镁基片折射率为1.3?1.4。5.根据权利要求1或4所述的石墨烯-微纳光纤复合结构全光调制器，其特征在于所述氟化镁基片折射率为1.37。6.根据权利要求1所述的石墨烯-微纳光纤复合结构全光调制器，其特征在于所述微纳光纤直径为0.1?2μηι。7.根据权利要求1所述的石墨烯-微纳光纤复合结构全光调制器，其特征在于所述覆盖在微纳光纤上的石墨烯薄膜为单层。
【专利摘要】石墨烯-微纳光纤复合结构全光调制器，涉及光通信及其传感传输技术领域。包括氟化镁基片、微纳光纤、石墨烯薄膜，所述微纳光纤包括输入光纤、输出光纤，所述输入光纤、输出光纤分别固定在所述氟化镁基片上，输入光纤、输出光纤之间间隔，石墨烯薄膜覆盖在输入光纤、输出光纤上，输入光纤、输出光纤的接头端分别设置在氟化镁基片外。该全光调制器体积小、响应速度快、制备工艺简单、无需波导光纤耦合、封装容易、成本低、利于全光纤化、宽光带（覆盖可见光及近红外波段）的工作波长等优势。该全光调制器采用了石墨烯拉锥光纤结构，系统误差和光损耗都很小。
【IPC分类】G02F2/00
【公开号】CN105511200
【申请号】CN201610096874
【发明人】贾文章, 宋峰, 陈侃松, 冯鸣, 张卫国
【申请人】江苏西贝电子网络有限公司
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2016年2月23日