基于D型光纤的石墨烯电光调制器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种基于D型光纤的石墨烯电光调制器，是将光纤（1）上一段制作成D型凹槽，在D型光纤（2）表面敷设有石墨烯（4），在石墨烯（4）的一端制备有金属电极及引线（3），所述石墨烯（4）薄膜上镀有一层绝缘层（5）；所述绝缘层（5）为Al2O3或其它具有高介电常数的绝缘层，所述绝缘层（5）镀设在石墨烯（4）薄膜上金属电极及引线（３）旁边；所述的金属电极及引线（３）为导电性电极，所述导电性电极是Au或者Pt；本实用新型专利技术在两电极引线上加电信号，产生垂直于石墨烯（4）薄膜的电场，从而改变石墨烯（4）的费米能级，实现通过石墨烯（4）的光信号吸收强度的改变，从而实现石墨烯（4）的电光调制功能。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种石墨烯电光调制器，属于光电子器件领域。
技术介绍
目前，电光调制器用于调节光束开关,把电信号转化成光学信号传输数字信息,多用于互联网连接。石墨烯(graphene)是 由碳原子构成的二维晶体，也有人使用“单层石墨”作为其称呼。在石墨烯中，碳原子以Sp2杂化并排列成蜂窝状六角平面结构。石墨烯也是其它碳材料同素异形体的基本构成单元。石墨烯在2004年首先被英国曼彻斯特大学的科学家发现，石墨烯的发现者于2010年获得了诺贝尔物理学奖。石墨烯中载流子的室温迁移率>20000 cm2/Vs,比目前所知的任何半导体材料都高，包括半导体行业中大规模应用的硅材料，被认为是未来纳米电子器件中硅的替代者。石墨烯对光的透过率高达97. 7%，其中约2. 3%的光会被吸收，石墨烯能吸收的光涵盖数千纳米，从紫外线到红外线都可吸收，因此是一种与波长无关的吸收材料。将石墨烯施加不同电压，石墨烯中电子的能量(费米能级)会改变，而石墨烯是否吸收光线也会决定其费米能级。当施加充足电压时，石墨烯的费米能级会上升或下降至1/2入射光子能量(相对于本征石墨烯费米面即狄拉克点位置)，则入射光子不能被电子吸收生成电子空穴对。因此，当光子通过石墨烯时，石墨烯完全透明，“打开”光线。反之，当施加电压不满足以上“临界点”，即不足以改变石墨烯费米面至1/2入射光子能量(相对于本征石墨烯费米面即狄拉克点位置)，则部分光子会被电子吸收并产生电子空穴对，从而“关闭”光线。于是，石墨烯便有了通过改变其加载电压来打开或关闭光线的能力，即可充当电光调制器。用石墨烯这种世界上最薄且最坚硬的新型材料，可做成高速、耐热、宽带、廉价和小尺寸的调制器。调制消光比是调制器的一个重要参数，定义为调制后输出光功率在打开和关断状态之间的功率差别。由于单层石墨烯的吸收仅为2. 3%，不加电压时透过的光功率高达97.7%，施加临界电压让石墨烯对光完全透明，即透过100%功率，因此调制消光比为一10XLOG(97. 7%/100%) =0. 13dB。如此小的功率差别导致根本无法观测功率变化，而普通调制器的消光比需要至少大于13dB。因此需要特殊设计石墨烯调制器来满足消光比的要求。现有的互联网网络传输是以铜导线为主，已接近了瓶颈阶段。科学家们正在研究用光来传输信息，但已有的光学调制器具有成本太高、体积太大、对温度过于敏感等缺陷。现有的光通信系统大量使用独立封装的单个调制器，基于波导结构的石墨烯调制器为了和光纤通信系统兼容，需要在两端连接光纤。由于石墨烯波导调制器的波导结构较为特殊，大部分光能量在波导表面传播，因此波导与光纤之间的稱合存在较大的困难，稱合损耗会很大。此外，波导和光纤耦合之后需要进行封装，而波导封装成本往往会占据整个器件成本的很大一部分。因此需要设计一种新型的石墨烯电光调制器来解决上述问题。
技术实现思路
为解决以上存在的问题，本技术提供了一种石墨烯电光调制器，它具有消光比大、制备工艺简单、无需波导光纤耦合、封装容易、成本低等优势。为达到以上目的，采用了以下技术方案本技术一种基于D型光纤的石墨烯电光调制器，是将光纤上一段制作成D型凹槽，在D型光纤表面敷设有石墨烯，在石墨烯的一端制备有金属电极及引线，在石墨烯薄膜上镀有一层绝缘层；所述绝缘层为Al2O3或其它具有高介电常数的绝缘层，所述绝缘层镀设在石墨烯薄膜上金属电极旁边；所述的金属电极为导电性电极，所述导电性电极是Au或者Pt。本技术采用以上技术方案后，具有以下有益效果一种基于D型光纤的石墨烯电光调制器，具有消光比大、制备工艺简单、无需波导光纤耦合、封装容易、成本低等优势。光与石墨烯的相互作用长度由D型光纤以及石墨烯 的长度决定，可以达到cm量级，容易实现大的消光比，符合数字通信系统对调制消光比的要求；该调制器无须设计特殊的波导结构，只需在一段普通的单模光纤上先后制备D型光纤，镀石墨烯膜和电极等，工艺简单；由于此电光调制器直接在光纤上制备，避免了波导结构与光纤的耦合难题，插入损耗很低；此外基于光纤的器件封装与现有的光纤无缘器件封装工艺相似，易于波导器件的封装。因此基于D型光纤的石墨烯电光调制器能很好的满足数字光纤通信系统的要求，并与现有光纤通信系统完全兼容，制备简单，成本低，能产生巨大的经济效应。导电性能、超出钢铁数十倍的强度和极好的透光性。可去除任何光纤涂覆层和包层，还可产生单层石墨烯。以下结合附图对本技术作进一步描述。图I为本技术结构示意图。图2为本技术D型光纤石墨烯调制器截面图。图3为本技术封装图。图中1、光纤2、D型光纤3、金属电极及引线 4、石墨烯5、绝缘层。具体实施方式根据图I、图2、图3所示，本技术一种基于D型光纤的石墨烯电光调制器，是将光纤I上一段制作成D型凹槽，在D型光纤2表面敷设有石墨烯4，在石墨烯4的一端制备有金属电极及引线3，在石墨烯4薄膜上镀有一层绝缘层5。所述绝缘层5为Al2O3或其它具有高介电常数的绝缘层，所述绝缘层5镀设在石墨烯4薄膜上金属电极及引线3旁边。所述金属电极及引线3为导电性电极，所述导电性电极是Au或者Pt。所述D型光纤2可通过V型槽固定在硅或其它材料衬底上以方便电极绝缘层制备以及封装测试。具体实施方式如下首先在一根普通单模光纤I上选择一段ricm长)去除涂覆层和包层，制作成D型光纤2。然后将制备好的石墨烯4薄膜转移到D型光纤2上，让石墨烯4薄膜完全覆盖D型光纤2的纤芯。因此从纤芯泄漏出的光消逝场和石墨烯4相互作用，石墨烯4越长，光场与石墨烯4的作用长度越长，石墨烯4对光场的吸收就越大。在石墨烯4的一端制备金属电极3及引线，然后在石墨烯4薄膜上金属电极3旁边镀一层Al2O3绝缘层5，在绝缘层5正上方镀金属电极及引线3，最后采用现有光纤器件的封装工艺完成D型光纤2的石墨烯4电光调制器封装。权利要求1.一种基于D型光纤的石墨烯电光调制器，其特征是将光纤(I)上一段制作成D型凹槽，在D型光纤(2 )表面敷设有石墨烯(4 )，在石墨烯(4 )的一端制备有金属电极及引线(3)，在石墨烯(4)薄膜上镀有一层绝缘层(5)，所述绝缘层(5)镀设在石墨烯(4)薄膜上金属电极及引线(3)旁边。2.根据权利要求I所述的一种基于D型光纤的石墨烯电光调制器，其特征是所述绝缘层(5)为Al2O3或其它具有高介电常数的绝缘层。3.根据权利要求I所述的一种基于D型光纤的石墨烯电光调制器，其特征是所述金属电极及引线(3 )为导电性电极，所述导电性电极是Au或者Pt。专利摘要本技术涉及一种基于D型光纤的石墨烯电光调制器，是将光纤(1)上一段制作成D型凹槽，在D型光纤(2)表面敷设有石墨烯(4)，在石墨烯(4)的一端制备有金属电极及引线(3)，所述石墨烯(4)薄膜上镀有一层绝缘层(5)；所述绝缘层(5)为Al2O3或其它具有高介电常数的绝缘层，所述绝缘层(5)镀设在石墨烯(4)薄膜上金属电极及引线(３)旁边；所述的金属电极及引线(３)为导电性电极，所述导电性电极是Au或者Pt；本技术在两电极引线上加电信号，产生垂直于石墨烯(4)薄膜的电场，从而改变石墨烯(4)的费米能级，实现通过石墨烯(4)的光信号吸收强度的改变，从而实现石墨烯(4)的电光调制功能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于D型光纤的石墨烯电光调制器，其特征是将光纤（１）上一段制作成D型凹槽，在D型光纤（２）表面敷设有石墨烯（４），在石墨烯（４）的一端制备有金属电极及引线（３），在石墨烯（4）薄膜上镀有一层绝缘层（5），所述绝缘层（5）镀设在石墨烯（4）薄膜上金属电极及引线（3）旁边。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：丁荣，义理林，倪振华，
申请(专利权)人：泰州巨纳新能源有限公司，
类型：实用新型
国别省市：