基于石墨烯微细光纤的光空间超快调制器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于石墨烯微细光纤的光空间超快调制器，涉及全光超快调制器领域。包括：平板基底、石墨烯层、微细光纤和泵浦光源；石墨烯层设置于平板基底上，微细光纤以盘绕形式设置于石墨烯层上，泵浦光源设置于微细光纤的上方；泵浦光源产生的包含有调制信号的空间泵浦光照射在石墨烯层上。将需要加载的超快信号编辑成空间泵浦光，照射在石墨烯层上。通过以较低频率进行短时间长度空间泵浦光与长时间长度满光的切换，可以将超高速调制信号加载到载波上，产生超快调制的效果。通过加载不同的空间泵浦光，可以实现任意超快信号的加载。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于通信用光纤器件领域，特别涉及基于石墨烯微细光纤的光空间超快调制器。
技术介绍
光调制器是光通信系统中的关键器件，光调制器对载波操作，将调制信号掺入载波的幅度、相位或偏振，实现信号加载。目前主要的光调制分为全光调制和电光调制。使用电信号加载信息最主要的问题是电子瓶颈会限制调制速度，目前最快的电光调制速度也只在百Ghz左右，调制速度超过Ghz量级的电光调制器制作难度大，价格昂贵。全光调制可以在光纤或者其他光波导中进行，可以在简易结构中实现超快、低损耗和宽带的信号加载。石墨烯是由碳原子以sp2杂化轨道组成正六边形呈蜂窝状晶格的二位氮原子层平面晶体薄膜，狄拉克锥能带结构使其具有各种奇特和突出的光电性能(饱和吸收和超快载流子跃迁和弛豫过程等)。基于这些特性的光调制器、超快锁模激光器、光电探测器、偏振控制器、光限幅器以及光伏器件、透明电极和导电薄膜已经被实验演示或商品化。其中，基于石墨烯的光调制器在调制速度方面展现了其他材料调制器无法比拟的优势，同时也兼顾集成性、调制深度、调制带宽和功耗等方面的因素。自2011年加州大学伯克利分校的张翔等人首次实现石墨烯电光调制以来，大量石墨烯电光调制器的仿真计算和实验被报道，成为了目前基于石墨烯调制研究的主要方向。但这些调制器的寄生电容使电子回路相当于一个RC低通滤波器(3dB电信号截止频率f＝1/2πRC)，使实验中最高的调制速率无法突破几十Ghz量级，远低于仿真计算的结果(几百Ghz)。基于石墨烯饱和吸收的全光调制绕开了电子瓶颈，可以实现超快的调制速率(实验演示200Ghz，理论分析500Ghz)。经过石墨烯的高频高功率泵浦光可以控制石墨烯对经过其的低频信号光的吸收，从而实现对载波的全光幅度调制，同时石墨烯超快的载流子弛豫速度使得这种调制的速度可以非常快(几百fs到几ps)。超宽波长调制范围，大调制深度，低功耗和高面积效率也是石墨烯给予全光调制的优点。将光纤作为波导结构与石墨烯结合又会使调制器具有光纤的优点：调制器与现有光纤通信系统兼容，具有极低的输入输出耦合损耗；光可以在光纤中以基模传输，具有极低的传输损耗；光纤结构理论成熟、性能清晰、种类多样，利于与石墨烯结合设计出各种性能优良的调制器，浙江大学的李威于2014年在实验室演示了第一款基于石墨烯光纤的全光调制器。需要注意的是，已有的调制器都是采用空间上单点调制的方式，这样产生的已调信号的速度等于调制信号速度，当需要在载波中加载超高频率的信号时就需要超高速的调制信号，而产生超快电信号的高速电路与产生超高重复频率光脉冲序列的光系统都是难于制作的，也是昂贵的。光时分复用是一种产生高速信号的有效办法，但是光时分复用器对制作精度要求很高，而且对温度敏感，同时其本身需要很窄的脉冲光作为光源。将高重复频率的调制信号在空间上拆解为很多低重复频率的调制信号，在光波导的不同位置同时加载，对载波的不同空间部分进行同时调制同样可以得到高速调制的效果，这种方法由本专利技术首次提出，称为空间调制。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术提出了基于石墨烯微细光纤的光空间超快调制器，目的在于实现全光域内信息的灵活加载和超快加载。为达到以上目的，本专利技术采取的技术方案是：一种基于石墨烯微细光纤的光空间超快调制器，包括：平板基底1、石墨烯层2、微细光纤3和泵浦光源4；所述石墨烯层2设置于平板基底1上，所述微细光纤3以盘绕形式设置于石墨烯层2上，所述泵浦光源4设置于所述微细光纤3的上方；所述泵浦光源4产生的包含有调制信号的空间泵浦光照射在石墨烯层2上。在上述方案的基础上，所述石墨烯层2的层数小于10层。在上述方案的基础上，所述微细光纤3的直径为1～20微米，微细光纤3的盘绕弯曲半径的相应取值避免弯曲损耗。在上述方案的基础上，所述泵浦光源4产生的含有调制信号的空间泵浦光可以调节。在上述方案的基础上，所述泵浦光源4产生的空间泵浦光的空间分辨率在百微米量级。该光空间超快调制器经过上述设置，通过以较低频率改变空间泵浦光的形状，可以将任意的调制信号加载到载波上。本专利技术的有益效果：(1)空间泵浦光的信息形式和空间调制的信息加载方式相组合，改变了传统的单点调制方式，使大量信息可以在同一时刻加载，降低了实际加载控制的速率，解决了单点调制时超快信号源难以获得的问题(如电光调制中的电子瓶颈)。(2)加载的信号是以空间泵浦光的形式存在的，通过调整空间泵浦光的形状可以一次实现对各个信息加载点的调制，非常方便灵活。(3)调制器的串联结构易于制作，可以精确控制各个低速调制点信号的组合。(4)该调制器对使用环境不敏感。(5)全光调制，无需复杂的电极设计和制作，同时绕开了电子瓶颈对调制速度的限制。(6)石墨烯作为调制材料，具有超短响应时间、超宽波长调制范围、低功耗和高面积效率的优势。(7)微细光纤作为基本波导，与现有光纤通信系统兼容，具有极低的输入输出耦合损耗；载波在光纤中以基模传输，具有极低的传输损耗。附图说明本专利技术有如下附图：图1基于石墨烯微细光纤的光空间超快调制器结构示意图。图2平板基底的平面区域划分图。图3实例一中的空间泵浦光在石墨烯层上的投射分布图。图4实例二中的空间泵浦光在石墨烯层上的投射分布图。图5实例一中的空间泵浦光与满光状态随时间切换示意图。图6实例一中的超快调制效果图。图7实例二中空间泵浦光与满光状态随时间切换示意图。图8实例二中的超快调制效果图。图中：1、平板基底；2、石墨烯层；3、微细光纤；4、泵浦光源。具体实施方式以下结合附图对本专利技术作进一步详细说明。一种基于石墨烯微细光纤的光空间超快调制器，包括：平板基底1、石墨烯层2、微细光纤3和泵浦光源4；所述石墨烯层2设置于平板基底1上，所述微细光纤3以盘绕形式设置于石墨烯层2上，所述泵浦光源4设置于所述微细光纤3的上方；所述泵浦光源4产生的包含有调制信号的空间泵浦光照射在石墨烯层2上。在上述方案的基础上，所述石墨烯层2的层数小于10层。在上述方案的基础上，所述微细光纤3的直径为1～20微米，微细光纤3的盘绕弯曲半径的相应取值避免弯曲损耗。在上述方案的基础上，所述泵浦光源4产生的含有调制信号的空间泵浦光可以调节。在上述方案的基础上，所述泵浦光源4产生的空间泵浦光的空间分辨率在百微米量级。本专利技术基本原理：微细光纤具有强烈的倏逝场，将载波扩散到石墨烯层中接受调制。空间泵浦光照射在石墨烯层上，利用石墨烯饱和吸收特性调整石墨烯对载波的吸收。调制信号以变化的空间泵浦光的形式存在，通过改变空间泵浦光可以简单灵活地控制所要加载的信息。空间泵浦光使石墨烯的吸收特性在沿微细光纤轴向形成相同图样的分布，对载波进行可调的多位置吸收(吸收位置为0信号，不吸收位置为1信号)。石墨烯超短的载流子弛豫时间使单个吸收位置的空间宽度可以很窄同时不牺牲调制深度，因此细密的空间泵浦光可以产生超高密度的已调信号，也减小了器件的整体尺寸。大尺寸的空间泵浦光可以同一时间点加载大量信息来降低所需的空间泵浦光的变化速度，从而以很低的调制速度实现超高密度的信号调制，达到超快调制的效果。实施例一该调制器包括平板基底1、石墨烯层2、微细光纤3和泵浦光源4，如图1所示。组合方式为：石墨烯层2设置于平板基底1上，微细光纤3以盘绕形式设置于石墨烯层2上，泵浦本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于石墨烯微细光纤的光空间超快调制器，其特征在于，包括：平板基底(1)、石墨烯层(2)、微细光纤(3)和泵浦光源(4)；所述石墨烯层(2)设置于平板基底(1)上，所述微细光纤(3)以盘绕形式设置于石墨烯层(2)上，所述泵浦光源(4)设置于所述微细光纤(3)的上方；所述泵浦光源(4)产生的包含有调制信号的空间泵浦光照射在石墨烯层(2)上。

【技术特征摘要】
1.一种基于石墨烯微细光纤的光空间超快调制器，其特征在于，包括：平板基底(1)、石墨烯层(2)、微细光纤(3)和泵浦光源(4)；所述石墨烯层(2)设置于平板基底(1)上，所述微细光纤(3)以盘绕形式设置于石墨烯层(2)上，所述泵浦光源(4)设置于所述微细光纤(3)的上方；所述泵浦光源(4)产生的包含有调制信号的空间泵浦光照射在石墨烯层(2)上。2.如权利要求1所述的基于石墨烯微细光纤的光空间超快调制器，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴丽，白冰，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京;11