基于氮化钛/碳化钛异质结的复合结构光纤及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种基于氮化钛/碳化钛异质结的复合结构光纤及其制备方法，基于氮化钛/碳化钛异质结的复合结构光纤包括D形光纤，所述D形光纤设有切削区域，氮化钛/碳化钛异质结材料生长在D形光纤的切削区域表面。采用本发明专利技术的技术方案，将新型的氮化钛/碳化钛异质结材料生长沉积在D形光纤表面，得到的氮化钛/碳化钛异质结D形光纤复合结构，该结构体积小巧且具有强大的光学非线性效应，有利于器件的集成化。采用D形光纤复合结构的全光克尔开关，具有抗电磁干扰、电绝缘、高品质因子、窄带宽、灵敏度高、体积小、质量轻、且适应性强、应用范围广泛、可靠性高等优点。可靠性高等优点。可靠性高等优点。

【技术实现步骤摘要】
基于氮化钛/碳化钛异质结的复合结构光纤及其制备方法


[0001]本专利技术属于光开关
，尤其涉及一种基于氮化钛/碳化钛异质结的复合结构光纤及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着世界通信业务量的飞速增长，大容量、高速度光纤传输系统及宽带综合业务数字网的建设已成为现代通信网络的发展趋势。高速大容量光纤传输系统的发展对全光通信网中的光交换技术及相应的光电子元器件提出了更高的要求。光开关是光交换技术的核心器件，主要用于对光纤中所传输的多个波长光信号作选择性开关操作，直接影响着通信网络数据的交换速度及光传输网的规模和性能。
[0003]基于非线性材料光克尔效应即光致折射率变化各向异性的克尔型全光开关是一种可以实现超快时间响应的新型非线性光学开关器件。将强泵浦光和探测光同时射入设备，此处的泵浦光和探测光都为线偏振光，通过控制泵浦光的开启或关闭，可以引起探测光偏振态变化。克尔型全光开关中泵浦光引起的探测光偏振态变化的强弱与材料的三阶光学非线性系数有关，而变化的速度则由材料的非线性光学响应速度决定。选择合适的非线性材料，利用超短激光脉冲，可以在极短的时间内获得探测光偏振态的改变，实现超快光调制、光开关、光学逻辑运算、及波长转换等各种光学信息处理过程。因此，寻找到一种既有大的三阶光学非线性系数又具有极快响应速度的非线性光学材料，成为了克尔型超快全光开关研制的关键。

技术实现思路

[0004]针对以上技术问题，本专利技术公开了一种基于氮化钛/碳化钛异质结的复合结构光纤及其制备方法，采用该复合结构光纤的光开关具有足够大的三阶光学非新型系数，所得的克尔开关具有高信噪比。
[0005]对此，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]基于氮化钛/碳化钛异质结的复合结构光纤，包括D形光纤，所述D形光纤设有切削区域，氮化钛/碳化钛异质结材料生长在D形光纤的切削区域表面。
[0007]作为本专利技术的进一步改进，所述氮化钛/碳化钛异质结材料采用如下步骤制备得到：
[0008]步骤S11，将碳化钛纳米粉末加入到有机溶剂中，进行超声分散，得到碳化钛纳米片的异丙醇分散液；
[0009]步骤S12，将氮化钛量子点分散于异丙醇中，得到氮化钛量子点异丙醇分散液；
[0010]步骤S13，将碳化钛纳米片的异丙醇分散液和氮化钛量子点异丙醇分散液进行混合，采用超声分散3
‑
6小时，得到氮化钛/碳化钛异质结材料。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，步骤S13中，所述碳化钛纳米片和氮化钛量子点的质量比为1:1，超声功率为200
‑
300W。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，步骤S21中，采用400
‑
600W的功率超声分散。进一步的，分散时间为12
‑
16小时。进一步的，所述碳化钛纳米片的异丙醇分散液的浓度为1
‑
5mg/mL，碳化钛纳米片的层间距为80
‑
120nm。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，步骤S22中，所述氮化钛量子点异丙醇分散液的浓度为1
‑
5mg/mL；
[0014]作为本专利技术的进一步改进，生长在D形光纤的切削区域表面的氮化钛/碳化钛异质结材料的厚度为0.2～0.4微米。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，所述D形光纤的截面为非圆截面，形状为带有平顶的半圆形。
[0016]本专利技术还公开了如上所述的基于氮化钛/碳化钛异质结的复合结构光纤的制备方法，包括如下步骤：
[0017]步骤S21，准备表面清洁的D形光纤，所述D形光纤设有切削区域；
[0018]步骤S22，将D形光纤的一端或部分浸泡在氮化钛/碳化钛异质结材料的分散液中，采用飞秒激光器产生飞秒激光脉冲，将飞秒激光脉冲聚焦到D形光纤表面的切削区域，使其与氮化钛/碳化钛异质结材料分散液相互作用，从而使氮化钛/碳化钛异质结材料在D形光纤的切削区域表面生长，得到切削区域表面均匀生长氮化钛/碳化钛异质结的修饰光纤。
[0019]作为本专利技术的进一步改进，步骤S22中，所述飞秒激光器的脉冲峰值功率为6
‑
12W，重复频率90
‑
120Mhz，扫描速度为20
‑
30mm/s。
[0020]作为本专利技术的进一步改进，步骤S22中，所述飞秒激光器的脉冲峰值功率为10W，重复频率100Mhz，扫描速度为30mm/s。
[0021]作为本专利技术的进一步改进，还包括：
[0022]步骤S23，将切削区域表面均匀生长氮化钛/碳化钛异质结的修饰光纤放置在载玻片上，由盖玻片垫起，并固定，得到复合结构光纤。采用此技术方案，可以防止光纤直接与载玻片接触影响所述氮化钛/碳化钛异质结复合结构的波导特性。
[0023]本专利技术还公开了基于氮化钛/碳化钛异质结的光纤复合结构的全光克尔开关，包括依次相连的第一输入口、第二输入口、光纤耦合器、复合结构光纤、检偏器、光带通滤波器、输出口，所述复合结构光纤采用如上所述的基于氮化钛/碳化钛异质结的复合结构光纤。所述第一输入口与光纤耦合器之间设有第一三桨偏振控制器，所述第二输入口与光纤耦合器之间设有第二三桨偏振控制器。其中，第一三桨偏振控制器的输入口对应泵浦光的输入；第二三桨偏振控制器的输入口对应探测光的输入口；滤波器输出口对应探测光输出口。采用此技术方案，当关闭泵浦光时，通过适当调节偏振控制器使检偏器阻止探测光透过，利用氮化钛/碳化钛异质结微粒包裹的D形光纤优异的光学非线性效应，当打开泵浦光时，可以使探测光的偏振态发生偏转，使探测光能够透过检偏器，最后利用带通滤波器将泵浦光滤除。利用氮化钛/碳化钛异质结D形光纤复合结构的克尔效应，通过强泵浦光改变信号光的偏振态，使检偏器对信号光的透过率发生变化，实现全光开关。
[0024]作为本专利技术的进一步改进，所述第一输入口、第二输入口、光纤耦合器、复合结构光纤、检偏器、光带通滤波器、输出口依次采用单模光纤相连。
[0025]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0026]第一，采用本专利技术的技术方案，将新型的氮化钛/碳化钛异质结材料生长沉积在D
形光纤表面，得到的氮化钛/碳化钛异质结D形光纤复合结构，该结构体积小巧且具有强大的光学非线性效应，有利于器件的集成化。
[0027]第二，采用D形光纤复合结构的全光克尔开关，具有抗电磁干扰、电绝缘、高品质因子、窄带宽、灵敏度高、体积小、质量轻、且适应性强、应用范围广泛、可靠性高等优点。采用该光开关，在输入段，调节偏振控制器使泵浦光和探测光的偏振方向的夹角为45度，同时使检偏器阻止探测光透过，改变泵浦光的入射光强，由于非线性效应，探测光的偏振角度被改变，导致检偏器对探测光的透过率发生变化；氮化钛/碳化钛异质结具有优异的非线性特性，可以实现高灵敏度的开关并且大大降低所需泵浦光的功率，具有很高的应用前景。
[0028]第三，本专利技术的技术方案，利用飞秒激光器产生飞秒激光脉本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于氮化钛/碳化钛异质结的复合结构光纤，其特征在于：包括D形光纤，所述D形光纤设有切削区域，氮化钛/碳化钛异质结材料生长在D形光纤的切削区域表面。2.根据权利要求1所述的基于氮化钛/碳化钛异质结的复合结构光纤，其特征在于：所述氮化钛/碳化钛异质结材料采用如下步骤制备得到：步骤S11，将碳化钛纳米粉末加入到有机溶剂中，进行超声分散，得到碳化钛纳米片的异丙醇分散液；步骤S12，将氮化钛量子点分散于异丙醇中，得到氮化钛量子点异丙醇分散液；步骤S13，将碳化钛纳米片的异丙醇分散液和氮化钛量子点异丙醇分散液进行混合，采用超声分散3
‑
6小时，得到氮化钛/碳化钛异质结材料。3.根据权利要求2所述的基于氮化钛/碳化钛异质结的复合结构光纤，其特征在于：步骤S13中，所述碳化钛纳米片和氮化钛量子点的质量比为1:1，超声功率为200
‑
300W。4.根据权利要求2所述的基于氮化钛/碳化钛异质结的复合结构光纤，其特征在于：步骤S21中，采用400
‑
600W的功率超声分散12
‑
16小时，所述碳化钛纳米片的异丙醇分散液的浓度为1
‑
5mg/mL，碳化钛纳米片的层间距为80
‑
120nm；步骤S22中，所述氮化钛量子点异丙醇分散液的浓度为1
‑
5mg/mL；生长在D形光纤的切削区域表面的氮化钛/碳化钛异质结材料的厚度为0.2～0.4微米；所述D形光纤的截面为非圆截面，形状为带有平顶的半圆形。5.如权利要求1～4任意一项所述的基于氮化钛/碳化钛异质结的复合结构光纤的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤S21，准备表面清洁的D形光纤，所述D形光纤设有切削区域；步骤S22，将D形光纤的一端或部分浸泡在氮化钛/碳化钛异...

【专利技术属性】
技术研发人员：王可，刘启东，王振洪，吉建华，曾庆东，宋宇锋，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：