专利名称：基于石墨烯的光纤色散补偿技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光纤色散补偿技木，尤其是利用石墨烯的高负色散性来补偿光纤传输线路中普通单模光纤所产生的色散补偿技木。
背景技术：
I.有关光纤色散的
光纤色散是指构成光信号的电磁波各分量(如模式、频率、偏振态)在光纤中具有不同传输速度的现象。光纤产生色散的原因主要有模间色散、材料色散、波导色散以及偏振模色散。色散可导致光信号的畸变。目前常用的色散补偿技术主要有三种，第一种是预补偿技术在发射端，通过改变发射信号的特征，达到消除(或减小)色散导致的脉冲展宽。激光预啁啾技术是较常用的预补偿方法。一般对半导体激光器采用外调制技术，根据传输码率 和光纤色散调整啁啾因子。但该方法只能増加有限的传输距离，不适合更长距离的传输。第ニ种是色散补偿光纤(DCF):这是ー种在线补偿技术，在光纤线路中采用色散特性相反的两种光纤级联，使得线路中的总色散为零。色散补偿光纤与普通单模光纤的色散系数符号相反，可以用来补偿色散导致的脉冲展宽，这也是目前长距离通信系统中的主流技木。为了减小线路的总损耗，就要求DCF的长度尽可能小，亦即色散系数尽可能大。ー种方法是采用双模光纤，补偿普通光纤在1550nm处的色散，同时不显著増加线路损耗。但目前只有实验品，没有商用化。因此损耗与色散系数仍是该方案需要解决的问题之一。第三种是啁啾光纤光栅进入光纤光栅的光信号中不同频率成分在不同位置反射，从而输出信号中短波长成分和长波长成分之间有ー个附加的时延，这个时延刚好与常规单模光纤在1550nm处的反常色散特性相反，从而达到色散补偿的目的。采用啁啾光栅补偿光纤色散具有插入损耗小、易干与系统连接等优点。但为了补偿长途线路中较大的群色散，需要采用较长的光纤光栅，这在制造上有一定的难度。2.有关石星稀的
石墨烯(graphene)是由单层的碳原子紧密排列成ニ维的蜂窝状六角格子的ー种物质，它有很多独特的光电特性。经检索发现，文献[Qiaoliang Bao et al, Atomic-Layerwaphene as a Saturable Absorber for Ultrafast Pulsed Lasers, Adv. Funct.Mater. , 19, pp. 3077 - 3083, 2009] (Qiaoliang Bao等，《原子层石墨烯作为超高速脉冲激光器中的饱和吸收体》，先进功能材料，页码2077-2083，2009)，提到了为了抵消激光器环内由于石墨烯引起的色散，在环内加入了 IOOm的普通单模光纤，最終在激光器中产生孤子脉冲。经过大致的估算，该文献的实验中石墨烯的色散约为普通单模光纤色散的87倍。在激光器中是要用普通单模光纤来抵消石墨烯的负色散从而产生孤子脉冲。
发明内容
为了克服现有色散补偿技术传输距离短、或制造难度大、或处于实验期的不足，本发明提供一种基于石墨烯的光纤色散补偿技术，利用石墨烯的高负色散来补偿通信线路中单模光纤的色散，使得光纤线路中的总色散为零。为达到以上目的，本发明所采用的技术方案是一种基于石墨烯的光纤色散补偿技术，利用石墨烯的高负色散性来补偿光纤传输线路中普通单模光纤所产生的色散。本发明光纤线路中采用石墨烯与普通光纤级联，对色散进行补偿，使得线路中的总色散为零；将石墨烯贴附于发射端的光纤端面或或将石墨烯薄膜贴附于D型光纤的抛磨面以实现不同的色散补偿效果；针对不同的色散补偿需求，可以通过设计组合不同色散的石墨烯在线补偿模块，达到最佳效果；将石墨烯贴附于波导表面可制备出集成色散补偿器件。本发明在光纤线路中采用石墨烯与普通光纤级联。石墨烯薄膜可以采用附在光纤接头位置的方法加入光纤线路中，也可以采用附在D型光纤抛光面的方法，将处理后的光纤级联进原来的光纤线路中。
单层石墨烯的厚度仅为nm量级，所产生的负色散相当于IOOm单模光纤的正色散值。通过增强光与石墨烯的作用长度，如将石墨烯贴附于D型光纤的抛磨面，利用光纤的消逝场与石墨烯相互作用，作用长度可増加至cm量级。考虑光纤中的能量仅有约1%为消逝场，因此光场仅有1%的能量和石墨烯相互作用。综合考虑作用能量和作用长度，cm量级长度的石墨烯贴附于D型光纤3表面即可补偿百公里量级的单模光纤产生的正色散值。采用以上技术方案后本发明的有益效果是
I、结构简単类似于色散补偿光纤的模式，基于石墨烯的在线色散补偿技术只要能够推算或者试验出所需补偿的色散量，就可以通过加入不同的石墨烯补偿单元来补偿色散。2、插入损耗小基于石墨烯的色散补偿模块损耗远小于与传统基于色散补偿光纤和啁啾光纤光柵。后者通常为3dB以上，S卩补偿色散的同时一半以上的功率损失，而前者仅有1%的消逝场功率与石墨烯作用，插入损耗通常在IdB以下。3、易于集成由于石墨烯的光电特性，易于集成在现有的硅基材料如光纤或波导上。4、成本低廉相比于目前的主流技术，石墨烯的成本非常低廉，可以大大降低光纤通信系统中色散补偿单元的成本。下面结合附图和具体实施方案对本发明作进ー步的详细描述。
图I为本发明石墨烯加入光纤线路的两种方式。其中(a)为在光纤端面放置石墨烯，图中I为石墨烯，2为光纤；(b)为在D型光纤抛磨面放置石墨烯，图中3为D型光纤，4为石墨烯薄膜。图2为本发明光纤通信线路中色散补偿结构框图。图3为本发明眼图仿真效果对比图。其中(a)为不经光纤传输得到的眼图，(b)为通过光纤传输但未加入色散补偿模块时的眼图，(c)为加入色散补偿模块后的眼图。
具体实施例方式根据图I所示，本发明ー种基于石墨烯的光纤色散补偿技术，利用石墨烯的高负色散性来补偿光纤传输线路中普通单模光纤所产生的色散。
本发明中石墨烯与光纤贴合主要由以下几个步骤组成
(I)D型光纤制备
采用化学腐蚀法或其它方法在单模光纤需要贴石墨烯的部分去除涂覆层和包层，将纤芯暴露在空气中。(2)石墨烯薄膜制备
利用化学气相沉积法或其它方法制备大尺寸高质量石墨烯。(3)石墨烯薄膜转移到D型光纤表面
通过化学溶液腐蚀石墨烯衬底的方法使石墨烯漂浮在溶液表面。用D型光纤作为衬底将石墨烯薄膜转移出，即获得石墨烯贴膜D型光纤。 (4)封装
采用现有光纤器件的封装エ艺完成D型光纤石墨烯光纤色散补偿模块的封装。本发明光纤线路中采用石墨烯与普通光纤级联，对色散进行补偿，使得线路中的总色散为零；将石墨烯贴附于发射端的光纤端面或D型光纤的抛磨面以实现不同的色散补偿效果；针对不同的色散补偿需求，可以通过设计组合不同色散的石墨烯在线补偿模块，达到最佳效果；将石墨烯贴附于波导表面可制备出集成色散补偿器件。实施例
根据图2所示，以仿真作为具体实施例，其中，激光源与调制器对输入信号进行调制，调制后的信号经过光纤线路传输后，利用色散补偿模块补偿传输过程中的色散，最后对输出信号的眼图进行比较。仿真中用到的參数为输入信号为40Gb/s的非归零码信号，经调制后，通过4km的普通单模光纤，其色散系数为16ps/nm/km。传输后的信号经过光电探测器，最后观察眼图結果。根据图3所不,未经过光纤传输、未加入色散补偿模块和加入色散补偿模块三种情况下得到的不同的眼图結果。由本实施例的具体实施效果可以明显看出，在加入色散补偿模块前，信号经过普通单模光纤长距离传输之后，相比于传输前的眼图出现了明显的失真现象，而加入色散补偿模块后，眼图有了明显的改善。
权利要求
1.一种基于石墨烯的光纤色散补偿技术，其特征是利用石墨烯(I)的高负色散性来补偿光纤传输线路中普通单模光纤(2)所产生的色散。
2.根据权利要求I所述的基于石墨烯的光纤色散补偿技术，其特征是光纤线路中采用石墨烯(I)与普通光纤(2 )级联，对色散进行补偿，使得线路中的总色散为零。
3.根据权利要求I所述的基于石墨烯的光纤色散补偿技术，其特征是将石墨烯(I)贴附于发射端的光纤(2)端面或将石墨烯薄膜(4)贴附于D型光纤(3)的抛磨面以实现不同的色散补偿效果。
4.根据权利要求I所述的基于石墨烯的光纤色散补偿技术，其特征是针对不同的色散补偿需求，可以通过设计组合不同色散的石墨烯在线补偿模块，达到补偿效果。
5.根据权利要求I所述的基于石墨烯的光纤色散补偿技术，其特征是将石墨烯贴(I )附于波导表面可制备出集成色散补偿器件。
全文摘要
本发明涉及一种基于石墨烯的光纤色散补偿技术，它是将石墨烯与普通光纤级联，利用石墨烯的高负色散性来补偿光纤传输线路中普通单模光纤所产生的色散。这种色散补偿技术可以使用较短的补偿单元，来补偿光纤线路中的色散。石墨烯可直接贴附于光纤或者波导表面，与现有光纤通信系统兼容，插入损耗较小。同时，由于石墨烯的原料、制备价格较低，可以大大降低色散补偿所需成本。
文档编号H04B10/18GK102694601SQ201210153478
公开日2012年9月26日 申请日期2012年5月17日 优先权日2012年5月17日
发明者丁荣, 义理林, 倪振华, 张龑, 梁铮 申请人:泰州巨纳新能源有限公司