CN108717237A - 一种基于d型双芯光纤的多层石墨烯多输出方式的调制器 - Google Patents

一种基于d型双芯光纤的多层石墨烯多输出方式的调制器 Download PDF

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Abstract

一种基于D型双芯光纤的多层石墨烯多输出方式调制器，其特征在于：光信号由纤芯二(32)进入D型双芯光纤(4)，由于双芯光纤的两芯耦合作用，纤芯二的一部分光耦合进入纤芯一(31)。另外通过金属电极(5)施加电压，控制电压大小来改变石墨烯层(1)的有效折射率，由于石墨烯层与纤芯一消逝场的相互作用，使D型双芯光纤的纤芯一与纤芯二的耦合系数改变，D型双芯光纤(4)的耦合长度得到改变，对于具有固定长度的D型双芯光纤，纤芯一和纤芯二的输出能量都将受到电压的控制，我们可以根据调制需要，将纤芯一或者纤芯二作为输出光，亦或通过M‑Z的方式将纤芯一和纤芯二输出的光作为M‑Z调制器的两臂，实现相位调制。另外，利用石墨烯光吸收的可叠加特性，可通过改变石墨烯的层数来改变调制效果。

Description

一种基于D型双芯光纤的多层石墨烯多输出方式的调制器
技术领域
本发明涉及D型双芯光纤在调制器中的应用，另外利用超材料石墨烯的独特性质，设计出了可高效调制的D型双芯光纤多层石墨烯多输出方式的全光纤调制器。可用于光纤通信系统中的调制、传感及其他光通信的处理。
背景技术
随着光纤通信的发展，光电器件的性能也被赋予了越来越高的要求。目前的光器件普遍存在尺寸大、带宽窄、速度慢、兼容性低等问题，而调制器作为光通信系统中的重要器件，亟需研究具有高调制速率及高消光比的调制器。
而双芯光纤以其稳定的偏振特性、灵活的耦合特性等优势在光器件的研究中发挥着越来越重要的作用。双芯光纤可以利用光的消逝场在两根纤芯之间耦合作用，实现对两个纤芯光功率的控制。另外双芯光纤与单芯光纤的耦合技术也非常成熟，对于实现全光纤的通信调制器是有现实意义的。
石墨烯是零带隙的半导体材料，具有对称的能带结构，费米面在狄拉克点上，由于其能带结构的特殊性，在狄拉克点处的电子密度很低，通过简单的栅压调控就能实现很大的移动从而导致石墨烯光学性能的变化，实现电光调制的功能。而六方氮化硼(h-BN)是石墨烯良好的衬底材料，具有强场束缚、超短模式波长、以及极低模式损耗等众多有点，而石墨烯可以增强六方氮化硼的近场光学响应，并且两种材料均可以通过化学气相沉积法大面积制得。因此本设计在制作工艺上是可行的，是有现实意义的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于D型双芯光纤的多层石墨烯多输出方式的并且具有高调制效率高消光比的调制器。
本发明的技术方案：一种基于D型双芯光纤的多层石墨烯多输出方式调制器。
其结构特征在于：将纤芯对称的双芯光纤从接近一边纤芯的地方进行研磨制作成D型凹槽，在D型双芯表面敷设石墨烯，并在石墨烯上沉积六方氮化硼(h-BN)衬底在衬底上方再涂覆石墨烯，以此方法可以加多层石墨烯和衬底观察其调制效果。光信号从远离石墨烯层的纤芯端输入双芯光纤，通过金属电极施加电压来改变石墨烯层的有效折射率，由于石墨烯层与距离更近的纤芯一近逝场的相互作用，从而使纤芯一与纤芯二的耦合系数发生改变，双芯光纤的耦合长度改变，我们可以根据调制要求选择将哪一个纤芯的输出光作为信号输出，或通过M-Z的方式将纤芯一和纤芯二输出的光作为M-Z调制器的两臂，实现相位调制。本设计的输出信号的方式共有三种，一个使从近石墨烯层的纤芯一输出、另一个是从远离石墨烯层的纤芯二输出、还有就是两个纤芯耦合形成M-Z干涉型的调制器。
本发明的有益效益：本发明利用了双芯光纤的耦合特性，石墨烯的电化学性质，六方氮化硼的双曲特性，可多种输出方式的调制器。具有高消光比、制作工艺简单、利用石墨烯的吸收可叠加性质，可利用多层石墨烯来提高调制器的调制效果，另外石墨烯和六方氮化硼都可采用沉积的方式，制作方便。同时也解决了波导结构调制器与光纤通信系统耦合难的问题。因此这种基于D型双芯光纤的多层石墨烯的多输出方式的调制器具有高消光比、良好的兼容性，插入损耗低，满足数字光纤通信的要求。
本发明适用于光纤通信系统的信号调制、传感及其他光通信的处理。
附图说明
图1为基于D型双芯光纤的双层石墨烯的多输出方式调制器的结构图。
图2为基于D型双芯光纤的双层石墨烯的多输出方式调制器的端面图。
图3为基于D型双芯光纤的四层石墨烯的多输出方式调制器的结构图。
图4为基于D型双芯光纤的四层石墨烯的多输出方式调制器的端面图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
实施例一，见图1和图2，一种基于D型双芯光纤的多层石墨烯的多输出方式的调制器，其中本实施例，纤芯一和纤芯二半径为1μm，纤芯距为1μm，包层半径10μm，石墨烯层数为2层。
如图1所示，对具有两个对称纤芯的双芯光纤，把靠近纤芯一(31)的一侧研磨，制作成D型双芯光纤(4)，然后用沉积的方法将石墨烯沉积到D型研磨面上，再在上方沉积衬底层六方氮化硼(2)、再沉积石墨烯层(1)，制作出具有两层石墨烯的D型双芯光纤，并在侧面施加金属电极(5)(金属电极为Au或Pt)。光源从纤芯二(32)端输入，通过与纤芯一(31)的耦合作用使一部分光耦合进纤芯一(31)，而石墨烯层与纤芯一泄漏出去的消逝场相互作用，通过控制施加在石墨烯层的电压来控制石墨烯与消逝场的作用强度，纤芯一与纤芯二的耦合系数改变，从而改变了具有固定长度调制器在纤芯一(31)、纤芯二(32)的输出端光强。另外也可利用石墨烯的相位特性，将D型双芯光纤，纤芯一(31)、纤芯二(32)作为M-Z调制器的两臂构造出M-Z性质的相位调制器。因此本设计方案可根据对输出信号的要求，制作出多种输出方式的调制器。
实施例二，见图1和图2，一种基于D型双芯光纤的多层石墨烯的多输出方式的调制器，其中本实施例，纤芯一和纤芯二半径为10μm，纤芯距为20μm，包层半径50μm。
如图1所示，对具有两个对称纤芯的双芯光纤，把靠近纤芯一(31)的一侧研磨，制作成D型双芯光纤(4)，然后用沉积的方法将石墨烯沉积到D型研磨面上，再在上方沉积衬底层六方氮化硼(2)、再沉积石墨烯层(1)，制作出具有两层石墨烯的D型双芯光纤，并在侧面施加金属电极(5)(金属电极为Au或Pt)。光源从纤芯二(32)端输入，通过与纤芯一(31)的耦合作用使一部分光耦合进纤芯一(31)，而石墨烯层与纤芯一泄漏出去的消逝场相互作用，通过控制施加在石墨烯层的电压来控制石墨烯与消逝场的作用强度，纤芯一与纤芯二的耦合系数改变，从而改变了具有固定长度调制器在纤芯一(31)、纤芯二(32)的输出端光强。另外也可利用石墨烯的相位特性，将D型双芯光纤，纤芯一(31)、纤芯二(32)作为M-Z调制器的两臂构造出M-Z性质的相位调制器。因此本设计方案可根据对输出信号的要求，制作出多种输出方式的调制器。
实施例三，见图3和图4，一种基于D型双芯光纤的多层石墨烯的多输出方式的调制器，其中本实施例，纤芯一和纤芯二半径为100μm，纤芯距为100μm，包层半径100μm，石墨烯层数为4层。
如图3所示，对具有两个对称纤芯的双芯光纤，把靠近纤芯一(31)的一侧研磨，制作成D型双芯光纤(4)，然后用沉积的方法将石墨烯沉积到D型研磨面上，再在上方沉积衬底层六方氮化硼(2)、再沉积石墨烯层(1)，以此方法制作出具有四层石墨烯的D型双芯光纤，并在侧面施加金属电极(5)(金属电极为Au或Pt)。光源从纤芯二(32)端输入，通过与纤芯一(31)的耦合作用使一部分光耦合进纤芯一(31)，而石墨烯层与纤芯一泄漏出去的消逝场相互作用，通过控制施加在石墨烯层的电压来控制石墨烯与消逝场的作用强度，纤芯一与纤芯二的耦合系数改变，从而改变了具有固定长度调制器在纤芯一(31)、纤芯二(32)的输出端光强。另外也可利用石墨烯的相位特性，将D型双芯光纤，纤芯一(31)、纤芯二(32)作为M-Z调制器的两臂构造出M-Z性质的相位调制器。因此本设计方案可根据对输出信号的要求，制作出多种输出方式的调制器。
实施例四，见图3和图4，一种基于D型双芯光纤的多层石墨烯的多输出方式的调制器，其中本实施例，纤芯一和纤芯二半径为200μm，纤芯距为200μm，包层半径1mm，石墨烯层数为4层。
如图3所示，对具有两个对称纤芯的双芯光纤，把靠近纤芯一(31)的一侧研磨，制作成D型双芯光纤(4)，然后用沉积的方法将石墨烯沉积到D型研磨面上，再在上方沉积衬底层六方氮化硼(2)、再沉积石墨烯层(1)，以此方法制作出具有四层石墨烯的D型双芯光纤，并在侧面施加金属电极(5)(金属电极为Au或Pt)。光源从纤芯二(32)端输入，通过与纤芯一(31)的耦合作用使一部分光耦合进纤芯一(31)，而石墨烯层与纤芯一泄漏出去的消逝场相互作用，通过控制施加在石墨烯层的电压来控制石墨烯与消逝场的作用强度，纤芯一与纤芯二的耦合系数改变，从而改变了具有固定长度调制器在纤芯一(31)、纤芯二(32)的输出端光强。另外也可利用石墨烯的相位特性，将D型双芯光纤，纤芯一(31)、纤芯二(32)作为M-Z调制器的两臂构造出M-Z性质的相位调制器。因此本设计方案可根据对输出信号的要求，制作出多种输出方式的调制器。
实施例五，结构和原理与前几个实施例类似，只是增加石墨烯和六方氮化硼的层数，一种基于D型双芯光纤的多层石墨烯的多输出方式的调制器，其中本实施例，纤芯一和纤芯二半径为500μm，纤芯距为200μm，包层半径1mm，石墨烯层数为10层。

Claims (1)

1.一种基于D型双芯光纤的多层石墨烯多输出方式调制器，其特征在于：入射光由纤芯二(32)左侧进入D型双芯光纤(4)，通过金属电极(5)施加电压，控制电压大小来改变石墨烯层(1)的有效折射率，由于石墨烯层与距离更近的纤芯一(31)消逝场的相互作用，从而使纤芯一与纤芯二的耦合系数发生改变，双芯光纤(4)的耦合长度改变，对于具有固定长度的D型双芯光纤，纤芯一和纤芯二的输出能量都将受到电压的控制，我们可以根据调制需要，将纤芯一或者纤芯二作为输出光，亦或通过M-Z的方式将纤芯一和纤芯二输出的光作为M-Z调制器的两臂，实现相位调制。
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