一種基于黑磷的全光調(diào)制器裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于黑磷的全光調(diào)制器裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 光調(diào)制器是光通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵部件，其功能是改變通過光調(diào)制器的光載波 的強度、相位、偏振等特性，將電信號加載到光載波上。
[0003] 近年來，二維晶體材料由于其優(yōu)異的光學(xué)及電學(xué)特性，成為半導(dǎo)體材料研究的新 方向。繼石墨烯、二硫化鉬之后，復(fù)旦大學(xué)物理系張遠波教授課題組發(fā)現(xiàn)了一種新型二維半 導(dǎo)體材料一一黑磷。黑磷是一種折疊蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的二維磷原子單層，它具有非常好的 半導(dǎo)體性質(zhì)，在未來可以應(yīng)用于集成電路;具有良好的電子迀移率，還有非常高的漏電流調(diào) 制率(是石墨烯的10000倍），且具有飽和吸收特性;并且它具有一個〇.3eV的半導(dǎo)體帶隙，相 當于4.1 的光子波長，這表明黑磷能夠用于寬帶光調(diào)制。黑磷的這些特性使得其在光調(diào) 制器上可以充分發(fā)揮其優(yōu)勢（見文獻Rui Zhang, et al. Broadband black phosphorus optical modulator in visible to mid-infrared spectral range. )〇
[0004] 目前的光調(diào)制器大部分均是電光調(diào)制器，其主要工作原理是改變通過調(diào)制器的光 載波強度、相位、偏振等特性，將電信號加載到光載波上;但電光調(diào)制器受限于電子瓶頸，很 難繼續(xù)提升調(diào)制速率，因此研究人員提出了全光調(diào)制。
[0005] V.R. Almeida等在2004年利用硅波導(dǎo)環(huán)形腔來提高光對折射率變化的靈敏度，在 實驗上演示了超快的全光調(diào)制現(xiàn)象(見文獻V.R.Almeida, C.A.Barrios, R.R.Panepucci and M.Lipson, All-optical control of light on a silicon chip,Nature 431,1081-1084(2004))。
[0006] 杜克大學(xué)的Andrew M.C.Dawes等發(fā)現(xiàn)，將極弱的栗浦光打到銣原子蒸汽時，會改 變原來的探測光的光場分布，從而實現(xiàn)極低功耗的超快全光調(diào)制（見文獻A. M. C. D a w e s， L.Illing,S.M.Clark,D.J.Gauthier,A11-optical switching in Rubidium vapor, Science 308,672-674(2005))。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是為了解決目前電光調(diào)制器中調(diào)制速率難以繼續(xù)提升以及難以進 行寬帶光調(diào)制等不足，提出了一種基于黑磷的全光調(diào)制器裝置，采用黑磷能夠用于寬帶光 調(diào)制，且黑磷具有飽和吸收特性，能夠用于全光調(diào)制;本發(fā)明采用全光調(diào)制，功耗極低。
[0008] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是： 一種基于黑磷的全光調(diào)制器裝置，包括栗浦激光源、直流連續(xù)激光源、反射鏡、二向色 激光束合束鏡、凸透鏡、微納光纖、黑磷、帶通濾光片;栗浦激光源的出射光束經(jīng)反射鏡反射 在二向色激光束合束鏡上與直流連續(xù)激光源出射的光束進行合束，合束后的光通過凸透鏡 進行聚焦注入到被黑磷包裹著的微納光纖中進行傳輸，經(jīng)過帶通濾光片濾掉由栗浦激光 源出射的光信號，得到直流連續(xù)激光的信號光。
[0009] 上述方案中，所述的栗浦激光源為超短脈沖激光器，脈沖光平均光功率大于300 ，并且脈沖光的脈沖間隔可被人為編碼控制。
[0010] 上述方案中，所述的直流連續(xù)激光源的平均光功率小于300并f。
[0011] 上述方案中，所述的微納光纖是將傳統(tǒng)光通信單模光纖通過火焰加熱后拉伸而成 的雙錐形微納光纖，并且一段微納光纖表面被黑磷包裹住。
[0012] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果： 1、本發(fā)明提供的一種基于黑磷的全光調(diào)制器裝置，其黑磷包層微納光纖制備簡單，具 有極低的光傳輸損耗，且與現(xiàn)有光纖通信系統(tǒng)兼容。
[0013] 2、本發(fā)明提供的一種基于黑磷的全光調(diào)制器裝置，相比于傳統(tǒng)鈮酸鋰材料的電光 調(diào)制器，黑磷材料的全光調(diào)制器克服了電子瓶頸這一難題，可將調(diào)制速率進一步提升，且黑 磷具有寬光譜吸收，適用的光譜范圍大大提高。
[0014] 3、當有栗浦激光束脈沖經(jīng)過時，高功率脈沖光致使黑磷包層達到飽和吸收，從而 對較弱的連續(xù)直流光基本不吸收，當無脈沖光經(jīng)過時，黑磷包層對連續(xù)直流光有明顯吸收， 光信號無法通過，從而實現(xiàn)全光的信號調(diào)制，最后經(jīng)過帶通濾光片濾掉由栗浦激光源出射 的光信號，得到直流連續(xù)激光的信號光。與傳統(tǒng)電光調(diào)制器相比較，全光調(diào)制器克服了電子 瓶頸這一難題，可將調(diào)制速率進一步提升，且黑磷具有寬光譜吸收，適用的光譜范圍大大提 高?！靖綀D說明】 圖1是本發(fā)明黑磷的全光調(diào)制裝置的示意圖； 圖中標記，1 -栗浦激光源，2-直流連續(xù)激光源，3-反射鏡，4-二向色激光束合束鏡，5-凸 透鏡，6-微納光纖，7-黑磷，8-帶通濾光片。
【具體實施方式】
[0015] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的描述，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分 實施例，并不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在沒有做出 創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的其他所用實施例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0016] 結(jié)合附圖，本發(fā)明的一種基于黑磷的全光調(diào)制器裝置，如圖1所示，包括栗浦激光 源1、直流連續(xù)激光源2、反射鏡3、二向色激光束合束鏡4、凸透鏡5、微納光纖6、黑磷7、帶通 濾光片8;栗浦激光源1的出射光束經(jīng)反射鏡3反射在二向色激光束合束鏡4上與直流連續(xù)激 光源2出射的光束進行合束，合束后的光通過凸透鏡5進行聚焦注入到被黑磷7包裹著的微 納光纖6中進行傳輸，經(jīng)過帶通濾光片8濾掉由栗浦激光源出射的光信號，得到直流連續(xù)激 光的信號光。
[0017] 所述的栗浦激光源1為超短脈沖激光器，脈沖光平均光功率大于30〇pf，并且脈 沖光的脈沖間隔可被人為編碼控制。
[0018] 所述的直流連續(xù)激光源2的平均光功率小于300貧W。
[0019] 所述的微納光纖6是將傳統(tǒng)光通信單模光纖通過火焰加熱后拉伸而成的雙錐形微 納光纖，并且一段微納光纖表面被黑磷7包裹住。
[0020] 本發(fā)明的全光調(diào)制器裝置工作原理為:器件工作時，栗浦激光源的出射光束經(jīng)反 射鏡反射在二向色激光束合束鏡上與直流連續(xù)激光源出射的光束進行合束，合束后的光通 過凸透鏡進行聚焦注入到被黑磷包裹著的微納光纖中進行傳輸，經(jīng)過帶通濾光片濾掉由栗 浦激光源出射的光信號，得到直流連續(xù)激光的信號光。黑磷對可見光到近紅外光的光譜都 具有較好的飽和吸收特性，合束光通過黑磷包裹著的微納光纖時，當栗浦激光束脈沖時，高 功率脈沖光致使黑磷包層達到飽和吸收，從而對較弱的連續(xù)直流光基本不吸收，當無脈沖 光經(jīng)過時，黑磷包層對連續(xù)直流光有明顯吸收，光信號無法通過，從而實現(xiàn)全光的信號調(diào) 制。 實施例
[0021]本實施例一種基于黑磷的全光調(diào)制器裝置，示意圖如圖1;圖1是本發(fā)明黑磷的全 光調(diào)制器裝置的示意圖；。包括栗浦激光源1、直流連續(xù)激光源2、反射鏡3、二向色激光束合 束鏡4、凸透鏡5、微納光纖6、黑磷7、帶通濾光片8;栗浦激光源1的出射光束經(jīng)反射鏡3反射 在二向色激光束合束鏡4上與直流連續(xù)激光源2出射的光束進行合束，合束后的光通過凸透 鏡5進行聚焦注入到被黑磷7包裹著的微納光纖6中進行傳輸，經(jīng)過帶通濾光片8濾掉由栗浦 激光源出射的光信號，得到直流連續(xù)激光的信號光。栗浦激光源1為超短脈沖激光器，脈沖 光平均光功率大于300pf，并且脈沖光的脈沖間隔可被人為編碼控制。直流連續(xù)激光源2 的平均光功率小于300#馨。微納光纖6是將傳統(tǒng)光通信單模光纖通過火焰加熱后拉伸而成 的雙錐形微納光纖，并且一段微納光纖表面被黑磷7包裹住。
[0022] 器件工作時，采用1064nm栗浦激光源(脈寬5ns，重復(fù)頻率2.4kHz)作為栗浦開關(guān) 光，出射光束經(jīng)反射鏡反射在二向色激光束合束鏡上與直流連續(xù)激光源出射的光束進行合 束，其直流連續(xù)激光源采用1550nm的連續(xù)光，合束后的光通過凸透鏡進行聚焦注入到被黑 磷包裹著的微納光纖中進行傳輸，利用黑磷的飽和吸收特性（多層黑磷的飽和吸收值為9 合束光通過黑磷包裹著的微納光纖時，當有栗浦激光束脈沖經(jīng)過時，高功率脈 沖光致使黑磷包層達到飽和吸收，從而對較弱的連續(xù)直流光基本不吸收，當無脈沖光經(jīng)過 時，黑磷包層對連續(xù)直流光有明顯吸收，光信號無法通過，從而實現(xiàn)全光的信號調(diào)制，最后 經(jīng)過帶通濾光片濾掉由栗浦激光源出射的光信號，得到直流連續(xù)激光的信號光。與傳統(tǒng)電 光調(diào)制器相比較，全光調(diào)制器克服了電子瓶頸這一難題，可將調(diào)制速率進一步提升，且黑磷 具有寬光譜吸收，適用的光譜范圍大大提高。
【主權(quán)項】
1. 一種基于黑憐的全光調(diào)制器裝置，該裝置包括累浦激光源（I)、直流連續(xù)激光源（2)、 反射鏡(3)、二向色激光束合束鏡(4)、凸透鏡巧）、微納光纖(6)、黑憐包層(7)和帶通濾光片 (8); 累浦激光源（1)的出射光束經(jīng)反射鏡(3 )反射在二向色激光束合束鏡(4 )上與直流連續(xù) 激光源(4)出射的光束進行合束，合束后的光通過凸透鏡（5)進行聚焦注入到被黑憐（7)包 裹著的微納光纖(6)中進行傳輸，經(jīng)過帶通濾光片(8)濾掉由累浦激光源出射的光信號，得 到直流連續(xù)激光的信號光。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于黑憐的全光調(diào)制器裝置，其特征在于，所述的累浦激 光源為超短脈沖激光器，脈沖光平均光功率大于300興 W，并且脈沖光的脈沖間隔可被人為 編碼控制。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于黑憐的全光調(diào)制器裝置，其特征在于，所述的直流連 續(xù)激光源的平均光功率小于300興4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于黑憐的全光調(diào)制器裝置的微納光纖的制作方法，其 特征在于，將光通信單模光纖通過火焰加熱后拉伸而成的雙錐形微納光纖，并且一段微納 光纖表面被黑憐材料包裹住。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于黑磷的全光調(diào)制器裝置，該裝置包括泵浦激光源、直流連續(xù)激光源、反射鏡、二向色激光束合束鏡、凸透鏡、微納光纖、黑磷和帶通濾光片。本發(fā)明黑磷對可見光到近紅外光的光譜都具有較好的飽和吸收特性，可在寬光譜范圍內(nèi)進行工作，且本發(fā)明采用全光調(diào)制，克服了電光調(diào)制的調(diào)制速率瓶頸的難題，具有光調(diào)制速率快，功耗低、調(diào)制深度高、且與光纖系統(tǒng)兼容的優(yōu)點。
【IPC分類】G02B6/02, G02B27/00
【公開號】CN105589195
【申請?zhí)枴緾N201610148821
【發(fā)明人】陸榮國, 壽曉峰, 田朝輝, 葉勝威, 陳德軍, 張尚劍, 劉永
【申請人】電子科技大學(xué)
【公開日】2016年5月18日
【申請日】2016年3月16日