一種石墨烯輔助的光驅(qū)動(dòng)全光纖相移器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種由石墨烯輔助的光驅(qū)動(dòng)全光纖相移器，屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]光學(xué)相移器在光纖技術(shù)的許多應(yīng)用領(lǐng)域均具有重要作用，例如基于光纖的光學(xué)通信、干涉?zhèn)鞲幸约靶盘?hào)處理等系統(tǒng)中，往往都需要用到相移器以調(diào)制光信號(hào)的相位。特別地，與光纖結(jié)構(gòu)相集成的全光纖相移器，具有最小化的插入損耗和背向反射、偏振不敏感、溫度系數(shù)低以及封裝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，因而對(duì)于光纖系統(tǒng)更為實(shí)用。目前已有多種全光纖相移器被提出和報(bào)道。例如，利用壓電陶瓷器對(duì)光纖進(jìn)行機(jī)械拉伸，通過(guò)改變光纖的長(zhǎng)度而實(shí)現(xiàn)對(duì)其中傳輸光信號(hào)的相位延遲。但這種相移器的制備工藝復(fù)雜，需要將光纖與壓電陶瓷器件通過(guò)特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行封裝，不可避免地存在移動(dòng)部件，并且所能夠?qū)崿F(xiàn)的相移量一般小于5 Ji ;同時(shí)受光纖的機(jī)械特性所限制，這種壓電陶瓷器件驅(qū)動(dòng)的全光纖相移器的響應(yīng)時(shí)間一般在100毫秒量級(jí)。另一種全光纖相移器是基于具有電光響應(yīng)的特種光纖，通過(guò)外加電信號(hào)調(diào)制光纖的折射率，以實(shí)現(xiàn)光纖中傳輸光信號(hào)的相位變化。由于需要在特種光纖上制備電光器件，這種相移器同樣存在制備工藝復(fù)雜、成本高等不足，并且所能夠?qū)崿F(xiàn)的相位變化量亦有限。
[0003]全光纖相移器還可以通過(guò)光驅(qū)動(dòng)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，即在光纖中利用一束驅(qū)動(dòng)光來(lái)控制信號(hào)光的相位變化。相比以上兩種全光纖相移器，基于光驅(qū)動(dòng)技術(shù)的全光纖相移器具有制備工藝簡(jiǎn)單、成本低、易操作等優(yōu)點(diǎn)。例如，基于交叉相位調(diào)制或受激布里淵散射等非線性過(guò)程均可以實(shí)現(xiàn)光驅(qū)動(dòng)的全光纖相移器。但是，由于光纖材料的本征非線性很弱，這種基于光纖非線性效應(yīng)的光驅(qū)動(dòng)相移器需要非常強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)光功率(一般在千瓦量級(jí))和非常大的光纖長(zhǎng)度(一般在千米量級(jí))。一種可有效降低驅(qū)動(dòng)光功率并減小光纖長(zhǎng)度的方法是在光纖中摻雜稀土元素或過(guò)渡金屬離子。當(dāng)驅(qū)動(dòng)光通入摻雜光纖時(shí)，光纖的折射率可以通過(guò)光熱效應(yīng)或離子基態(tài)消耗等方式而改變，從而實(shí)現(xiàn)光纖中信號(hào)光的相位變化。例如，在鉺-鐿共摻的光纖中，已有相關(guān)報(bào)道實(shí)現(xiàn)了 360°的射頻相移以及900皮秒的時(shí)間延遲等光驅(qū)動(dòng)相移效果。但這些報(bào)道中所使用的驅(qū)動(dòng)光功率仍然較高，一般在100毫瓦量級(jí)。另外，這些器件需要成本較高的摻雜光纖，并且在摻雜光纖上制備諸如光纖布拉格光柵等光纖器件較為困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0005]為克服現(xiàn)有全光纖相移器在制備工藝復(fù)雜、成本高、效率低等方面的缺點(diǎn)，本發(fā)明旨在提供一種石墨烯輔助的光驅(qū)動(dòng)全光纖相移器。
[0006]技術(shù)方案
[0007]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0008]石墨烯輔助的光驅(qū)動(dòng)全光纖相移器，其特征包括石墨烯薄膜和具有泄漏模場(chǎng)的光纖器件；所述石墨烯薄膜通過(guò)裹覆方式集成于所述具有泄漏模場(chǎng)的光纖器件的光場(chǎng)泄漏區(qū)域；所述具有泄漏模場(chǎng)的光纖器件可以是直徑在微米量級(jí)的光纖錐，也可以是D形光纖，也可以是表面芯光纖；所述石墨烯薄膜是利用化學(xué)氣相沉積方法生長(zhǎng)在金屬箔上的石墨烯材料；所述石墨稀材料通過(guò)化學(xué)腐蝕將金屬箔去除后，形成所述石墨稀薄膜；所述石墨稀薄膜被轉(zhuǎn)移至所述具有泄漏模場(chǎng)的光纖器件的光場(chǎng)泄漏區(qū)域上，形成石墨烯輔助的光驅(qū)動(dòng)全光纖相移器；所述石墨烯薄膜可以裹覆于所述光纖錐上具有光場(chǎng)泄漏的區(qū)域，也可以裹覆于所述D形光纖上具有光場(chǎng)泄漏的區(qū)域，也可以裹覆于表面芯光纖上具有光場(chǎng)泄漏的區(qū)域。
[0009]本發(fā)明所采用的工作原理，其特征在于如下:
[0010]石墨烯輔助的光驅(qū)動(dòng)全光纖相移器的驅(qū)動(dòng)光和信號(hào)光通過(guò)波分復(fù)用器進(jìn)行合束，并同時(shí)進(jìn)入由所述石墨烯薄膜與所述具有泄漏模場(chǎng)的光纖器件構(gòu)成的所述全光纖相移器；所述驅(qū)動(dòng)光與所述信號(hào)光具有不同波長(zhǎng)；所述驅(qū)動(dòng)光在所述具有泄漏模場(chǎng)的光纖器件中傳輸時(shí)，部分光場(chǎng)泄漏于光纖外裹覆的石墨烯薄膜中；所述石墨烯薄膜吸收泄漏的驅(qū)動(dòng)光場(chǎng)，并通過(guò)光熱效應(yīng)產(chǎn)生歐姆熱能；所述石墨烯薄膜上的歐姆熱能通過(guò)熱傳導(dǎo)使所述具有泄漏模場(chǎng)的光纖器件溫度升高；所述具有泄漏模場(chǎng)的光纖器件通過(guò)溫度的變化而發(fā)生熱光效應(yīng)，即折射率變化；所述信號(hào)光在發(fā)生折射率變化的所述具有泄漏模場(chǎng)的光纖器件中傳輸后，將發(fā)生相位移動(dòng)。
[0011]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案后，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果:
[0012]1、石墨烯的獨(dú)特二維電子結(jié)構(gòu)使其對(duì)光具有強(qiáng)烈的吸收效果:石墨烯對(duì)單次透過(guò)的光的吸收率可高達(dá)2.3%。另外，石墨烯的零帶隙電子結(jié)構(gòu)使其在吸收光子后的激子弛豫過(guò)程中不出現(xiàn)光輻射行為，從而使得所吸收的光子能量完全轉(zhuǎn)化為歐姆熱能，即具有非常高效的光熱效應(yīng)。本發(fā)明所述石墨烯輔助的光驅(qū)動(dòng)全光纖相移器利用了石墨烯強(qiáng)烈的光吸收行為和高效光熱效應(yīng)，可以通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)光的開(kāi)關(guān)和強(qiáng)弱來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)光的相位移動(dòng)，有益于形成一種低能耗、易操作的光驅(qū)動(dòng)全光纖相移器；
[0013]2、石墨烯具有二維結(jié)構(gòu)和柔軟性，易與光纖結(jié)構(gòu)相集成。本發(fā)明所述石墨烯輔助的光驅(qū)動(dòng)全光纖相移器僅需將石墨烯薄膜裹覆于具有泄漏模場(chǎng)的光纖器件上，無(wú)需制備復(fù)雜的電光調(diào)制器件或壓電器件，也不需要摻雜的特種光纖，通過(guò)普通的常規(guī)光纖即可實(shí)現(xiàn)，有益于簡(jiǎn)化器件制備工藝并降低成本，同時(shí)所形成的相移器具有結(jié)構(gòu)緊湊、無(wú)移動(dòng)部件等優(yōu)點(diǎn)。
[0014]3、本發(fā)明所述石墨烯輔助的光驅(qū)動(dòng)全光纖相移器利用了石墨烯的光熱效應(yīng)和光纖的熱光效應(yīng)，其中，基于光纖錐的所述石墨烯輔助的光驅(qū)動(dòng)全光纖相移器上，相位變化的響應(yīng)時(shí)間可以小于10毫秒，相比基于壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)和電光驅(qū)動(dòng)的相移器，具有更快的響應(yīng)速度。
【附圖說(shuō)明】
[0015]此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本發(fā)明申請(qǐng)的一部分。本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0016]圖1為本發(fā)明中基于光纖錐的石墨烯輔助的光驅(qū)動(dòng)全光纖相移器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為本發(fā)明中基于光纖錐的石墨烯輔助的光驅(qū)動(dòng)全光纖相移器橫截面圖；
[0018]圖3為本發(fā)明中基于D形光纖的石墨烯輔助的光驅(qū)動(dòng)全光纖相移器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖4為本發(fā)明中基于D形光纖的石墨烯輔助的光驅(qū)動(dòng)全光纖相移器橫截面圖；
[0020]圖5為本發(fā)明中基于表面芯光纖的全光纖相移器結(jié)構(gòu)不意圖；
[0021]圖6為本發(fā)明中基于表面芯光纖的全光纖相移器截面圖；
[0022]圖7為利用本發(fā)明的器件實(shí)施全光驅(qū)動(dòng)相移的示意圖；
[0023]圖8為用于表征石墨烯輔助的光驅(qū)動(dòng)全光纖相移器所產(chǎn)生相移效果的裝置示意圖；
[0024]圖9為根