CN109765701B - 一种动态可调衰减器 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种动态可调衰减器,包括：由上而下依次设置的线偏振元件、光通道生成单元和石墨烯导模共振结构；其中，光束垂直入射至线偏振元件后，光通道生成单元垂直出射第一光束；第一光束经石墨烯导模共振结构垂直出射；第一光束经石墨烯导模共振结构反射生成第二光束，第二光束经光通道生产单元水平出射。本发明利用电压对石墨烯层进行控制，改变石墨烯层对光的吸收，从而达到改变光强的目的；同时利用偏振分束器与法拉第旋转器对光路进行改变，达到垂直和水平双光通道的目的。

Description

一种动态可调衰减器
技术领域
本发明属于光学检测装置领域，尤其涉及一种动态可调衰减器。
背景技术
可调光衰减器是光纤通信系统的重要器件之一，主要用来降低或控制光信号，实现不同通信信道之间的光功率均衡，广泛应用于光纤通信系统中。中国实用新型专利提出了“一种基于石墨烯的基片集成波导动态可调”(专利号：ZL201720847853.8)，该衰减器通过调节石墨烯的电导率、石墨烯的长度和石墨烯三明治结构间距来调节衰减量和动态控制范围，该衰减器工作在微波波段，具有动态调节衰减量、较低回波损耗、较宽频带等优点。
该类衰减器中，由于石墨烯的长度和石墨烯三明治结构间距的精确控制难以实现，导致该类衰减器在可见光波段的动态调节难以实现。
发明内容
本发明的目的在于提供一种动态可调衰减器，其通过改变电压来调节石墨烯的化学势能，石墨烯导模共振结构对光束的吸收量发生变化，从而改变了第一光束的反射率，实现光强度的精准调节；同时该衰减器通过电压对石墨烯层的调控，配合光通道生成单元，实现了对垂直、水平方向双通道光强的精准调节。为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种动态可调衰减器，包括：由上而下依次设置的线偏振元件、光通道生成单元和石墨烯导模共振结构；其中，光束垂直入射至所述线偏振元件后，所述光通道生成单元垂直出射第一光束；所述第一光束经所述石墨烯导模共振结构垂直出射；所述第一光束经所述石墨烯导模共振结构反射生成第二光束，所述第二光束经所述光通道生产单元水平出射。
优选地，所述线偏振元件为一线偏振片。
优选地，所述光通道生成单元包括一偏振分束器和一法拉第旋转器；所述光束出射所述线偏振元件后，入射至所述偏振分束器后，垂直出射所述第一光束，所述第一光束经所述法拉第旋转器偏振态发生45°变化后垂直出射；所述第二光束发射到所述法拉第旋转器偏振态发生90°变化后，垂直出射至所述偏振分束器并水平出射。
优选地，所述石墨烯导模共振结构包括导模共振光栅和石墨烯；所述石墨烯设置在所述导模共振光栅中。
优选地，所述导模共振光栅包括依次设置的光栅层、波导层、石墨烯层和基底；所述光栅层朝向所述法拉第旋转器设置；所述石墨烯层位于所述波导层和基底之间。
优选地，所述波导层为Ta2O5层；所述基底为SiO2层。
优选地，所述光栅层包括多块间隔分布的有机玻璃。
优选地，所述光栅层的厚度为600nm～700nm。
优选地，所述波导层的厚度为80nm～120nm。
优选地，所述石墨烯层的化学势能为0.5ev～1.5ev。
与现有技术相比，本发明的优点为：
1)该衰减器改变电压来调节石墨烯的化学势能，石墨烯导模共振结构对光束的吸收量发生变化，从而改变了第一光束的反射率，实现光强度的精准调节；
2)该衰减器通过电压对石墨烯层的调控，配合光通道生成单元，实现了对垂直、水平方向双通道光强的精准调节
3)该衰减器对于光强的调控可通过精准控制石墨层的化学势能实现，出射光的检测与入射光分开，避免了入射光的干扰，操作简单，检测精准。
附图说明
图1为本发明一实施例的动态可调衰减器的结构图；
图2为图1中石墨烯导模共振结构的剖面图；
图3为电压控制下石墨烯层不同化学势能对应的第一光束的反射率曲线。
其中，1-光源，2-线偏振元件，3-偏振分束器，4-法拉第旋转器，5-石墨烯导模共振结构，6-电压，7-光栅层，8-波导层，9-石墨烯层，10-基底。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的动态可调衰减器进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
如图1所示，一种动态可调衰减器,包括：由上而下依次设置的线偏振元件2、光通道生成单元和石墨烯导模共振结构5；其中，光束垂直入射至线偏振元件2后，光通道生成单元垂直出射第一光束；光通道生成单元的作用是过滤光束和改变光束的偏振态；第一光束经石墨烯导模共振结构5垂直出射；石墨烯导模结构5的作用是通过改变其上施加的电压6，来改变其对第一光束的吸收量，从而改变第一光束的反射率；第一光束经石墨烯导模工作结构5反射生成第二光束，第二光束经光通道生产单元水平出射。
在本实施例中，线偏振元件2为一线偏振片，光源1从上而下垂直入射到该偏振片，宽光谱的入射光成为线偏振光。
在本实施例中，光通道生成单元包括一偏振分束器3和一法拉第旋转器4；光源1发出的光束由线偏振元件2垂直出射后，入射至偏振分束器3后进行过滤并垂直出射第一光束，第一光束经法拉第旋转器4偏振方向发生45°变化后，45°偏振态的第一光束垂直出射；45°偏振态的第一光束由上而下入射至石墨烯导模共振结构5。45°偏振态的第一光束经石墨烯导模结构5反射后形成第二光束，第二光束发射到法拉第旋转器4偏振方向发生90°变化后，垂直出射至偏振分束器3并水平出射，即90°偏振态的第二光束从法拉第旋转器4的右侧面出射。90°偏振态的第二光束即水平光通道中的出射光束与光源1的入射光分离，未沿着原光路返回。
如图2所示，石墨烯导模共振结构5包括导模共振光栅和石墨烯层9；石墨烯层9设置在导模共振光栅中；导模共振光栅的周期为470nm；导模共振光栅包括依次设置的基底10、波导层8和光栅层7；光栅层7朝向法拉第旋转器4设置；石墨烯层9位于基底10和波导层8之间。具体的，波导层8为Ta2O5层；基底10为SiO2层。光栅层7包括多块间隔分布的有机玻璃PMMA。波导层8使共振波电场分量在此形成一个横向驻波，因此共振光波电场强度得到增强。
在本实施例中，光栅层7的厚度为600nm～700nm，如650nm、630nm、670nm。
在本实施例中，波导层8的厚度为80nm～120nm，如100nm、110nm、90nm。
在本实施例中，石墨烯层9的化学势能为0.5ev～1.5ev，如0.70eV、0.80eV、0.90eV，电压6的调控可改变石墨烯层9的化学势能，使得石墨烯层9对45°偏转态第一光束的吸收量改变。
如图3所示，随着石墨烯层9的化学势能的减少，第一光束的反射率在降低，当化学势能从0.9ev调节到0.7ev时，光源1的反射率从94.9％衰减至47.4％。通过分析看出通过电压6对石墨烯层9的调控能改变光的反射率，利用该衰减器可以达到光强度的精准调节。其中，曲线C1、C2、C3分别代表化学势能为0.7ev、0.8ev、0.9ev时，第一光束的反射率曲线。
本发明的工作原理为：利用电压6对石墨烯层9进行控制，改变石墨烯层9对光的吸收，从而达到改变光强的目的；同时利用偏振分束器3与法拉第旋转器4对光路进行改变，达到垂直和水平双光通道的目的。
综上，在本发明实施例提供的动态可调衰减器中，该衰减器改变电压6来调节石墨烯导模结构5的化学势能，石墨烯导模共振结构5对光束的吸收量发生变化，从而改变了第一光束的反射率，实现光强度的精准调节；进一步的，该衰减器通过电压6对石墨烯层的调控，配合光通道生成单元，实现了对垂直、水平方向双通道光强的精准调节；此外，该衰减器对于光强的调控可通过精准控制石墨层的化学势能实现，出射光的检测与入射光分开，避免了入射光的干扰，操作简单，检测精准。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种动态可调衰减器，其特征在于，包括：由上而下依次设置的线偏振元件、光通道生成单元和石墨烯导模共振结构；其中，光束垂直入射至所述线偏振元件后，所述光通道生成单元垂直出射第一光束；所述第一光束经所述石墨烯导模共振结构垂直出射；所述第一光束经所述石墨烯导模共振结构反射生成第二光束，所述第二光束经所述光通道生产单元水平出射；
所述光通道生成单元包括一偏振分束器和一法拉第旋转器；所述光束出射所述线偏振元件后，入射至所述偏振分束器后，垂直出射所述第一光束，所述第一光束经所述法拉第旋转器偏振方向发生45°变化后垂直出射；所述第二光束发射到所述法拉第旋转器偏振方向发生90°变化后，垂直出射至所述偏振分束器并水平出射；
所述石墨烯导模共振结构包括导模共振光栅和石墨烯；所述石墨烯设置在所述导模共振光栅中；
所述导模共振光栅结构从上到下依次设置光栅层、波导层、石墨烯层和基底；所述光栅层朝向所述法拉第旋转器设置；所述石墨烯层位于所述波导层和基底之间；利用电压对石墨烯层进行控制，改变石墨烯层对光的吸收；
所述线偏振元件为一线偏振片；
所述波导层为Ta2O5层；所述基底为SiO2层；
所述光栅层包括多块间隔分布的有机玻璃；
所述光栅层的厚度为600nm～700nm；
所述波导层的厚度为80nm～120nm；
所述石墨烯层的化学势能为0.5ev～1.5ev。
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基于导模共振效应提高石墨烯表面等离子体的局域特性;李志全等;《物理学报》;20160413;第65卷(第10期);全文 *

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