CN111796365B - 基于涂敷黑磷微纳光纤卷型谐振器的光调制器 - Google Patents

基于涂敷黑磷微纳光纤卷型谐振器的光调制器 Download PDF

Info

Publication number
CN111796365B
CN111796365B CN202010511202.8A CN202010511202A CN111796365B CN 111796365 B CN111796365 B CN 111796365B CN 202010511202 A CN202010511202 A CN 202010511202A CN 111796365 B CN111796365 B CN 111796365B
Authority
CN
China
Prior art keywords
micro
optical fiber
nano
black phosphorus
fiber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010511202.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111796365A (zh
Inventor
王鹏飞
尹钰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suzhou Kaiwen Baoni Optoelectronics Technology Co ltd
Original Assignee
Suzhou Kaiwen Baoni Optoelectronics Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suzhou Kaiwen Baoni Optoelectronics Technology Co ltd filed Critical Suzhou Kaiwen Baoni Optoelectronics Technology Co ltd
Priority to CN202010511202.8A priority Critical patent/CN111796365B/zh
Publication of CN111796365A publication Critical patent/CN111796365A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111796365B publication Critical patent/CN111796365B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29331—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by evanescent wave coupling
    • G02B6/29335—Evanescent coupling to a resonator cavity, i.e. between a waveguide mode and a resonant mode of the cavity
    • G02B6/29338—Loop resonators
    • G02B6/2934—Fibre ring resonators, e.g. fibre coils
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/0229—Optical fibres with cladding with or without a coating characterised by nanostructures, i.e. structures of size less than 100 nm, e.g. quantum dots
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/02295—Microstructured optical fibre
    • G02B6/02314—Plurality of longitudinal structures extending along optical fibre axis, e.g. holes
    • G02B6/0239—Comprising means for varying the guiding properties, e.g. tuning means
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29331—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by evanescent wave coupling
    • G02B6/29335—Evanescent coupling to a resonator cavity, i.e. between a waveguide mode and a resonant mode of the cavity
    • G02B6/29338—Loop resonators
    • G02B6/29341—Loop resonators operating in a whispering gallery mode evanescently coupled to a light guide, e.g. sphere or disk or cylinder
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/0009—Materials therefor
    • G02F1/0063—Optical properties, e.g. absorption, reflection or birefringence
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/0009—Materials therefor
    • G02F1/009—Thermal properties
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/015—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction
    • G02F1/025—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction in an optical waveguide structure
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/355—Non-linear optics characterised by the materials used
    • G02F1/3556—Semiconductor materials, e.g. quantum wells
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/365—Non-linear optics in an optical waveguide structure

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于涂敷黑磷微纳光纤卷型谐振器的光调制器，涉及中红外波段激光器技术领域，具体公开了一种涂敷黑磷微纳光纤的制作方法，包括步骤：利用熔融拉锥法制作微纳光纤；将制作完成的微纳光纤固定低折射率板上；利用光沉积法将黑磷涂敷在所述微纳光纤表面。还公开了一种基于涂敷黑磷微纳光纤卷型谐振器的制作方法和一种通过改变可调谐激光器功率控制光调制性能的控制方法。本发明制备的涂敷黑磷微纳光纤卷型谐振器相比传统的微纳光纤结构更为稳定，灵敏度更高，对光调制性质拥有非常良好的提升。

Description

基于涂敷黑磷微纳光纤卷型谐振器的光调制器
技术领域
本发明涉及中红外波段激光器技术领域，尤其涉及一种基于涂敷黑磷微纳光纤卷型谐振器的光调制器。
背景技术
当前，人类社会环境对信息技术不断提高需求，促进人类社会的快速进步和发展。目前，人们更期盼所接收的信息可以不受时间以及容量等条件的限制，因此，从器件的角度，光通信设备的微型化、功耗低以及速率高等成为科研工作者所一直努力的目标。同时，作为信息的载体，光在传输过程中的速率和抗干扰性等方面具有很大的优势，但是在器件的集成方面相较于电子学还有相当大的差距。然而微纳光纤谐振器具有纤芯小、功耗低且能量密度高等优势，因此有望成为应用于光通信和光信息信号处理等器件设计和制备的光波导器件。
随着激光技术的快速发展和应用，以及新型二维材料的优异非线性光学效应（饱和吸收效应和光克尔效应），这些新型的二维材料已经被广泛应用于全光开关、波长转换、放大器、激光器、光通信号处理、非线性光学光谱检测等生产生活的多个领域。然而，新型二维材料的非线性光学效应是一种强光效应，需要很高的光功率密度才能高效发生，除了发展激光技术不断提高激光器功率之外，寻求高非线性系数、高光损伤阈值、低损耗的新型非线性材料也一直是研究的焦点。
2014年，研究人员发现了一种新型的层状结构材料——黑磷，并且引起了研究者的重点关注。磷单质有三种同素异形体分别为黑磷、白磷和红磷。然而，在这三种磷的同素异形体中，黑磷的化学性质最稳定且密度最大，同时与其他两种同素异形体相比，黑磷的结构与单原子层的石墨烯的片层结构相似，它由位于两个位面的波浪形磷原子构成。在正常情况下，黑磷是一种分层正交晶体，面内相邻磷原子靠P-P键紧密相连形成一个皱的蜂窝状结构，依靠弱的范德华力以面与面之间的形式结合在一起。而对独立层而言，每个磷原子都由其周围与其相邻的三个磷原子通过sp3杂化轨道所结合，而与石墨烯中碳原子是由sp2杂化轨道所结合不同。黑磷是一种直接带隙且带隙不为零的半导体，从理论上来说，黑磷的能带结构已经被广泛地研究。在中红外波段，块状黑磷是直接带隙且带隙约为0.3eV的材料，还能表现出黑磷具有强各向异性能量-动量分散特性，而黑磷的带隙主要取决于黑磷的厚度，且依然是直接带隙的，因而，黑磷具有直接带隙且0.3~2 eV可调谐的能带结构。黑磷具有很多独特的电学、光学等物理性质，在光学方面包括线性光吸收特性、非线性饱和吸收特性、动态光响应特性。线性光吸收测量是一种表征材料的光学特性（带隙、光电导性、激子效应等）最简单的技术。晶体的带隙是一种材料最重要的参数，其决定晶体的光吸收特性。黑磷的基本光特性，尤其是与长波段的光相互之间的作用，能通过吸收测量方法表征。通过改变入射光的入射角度可以控制黑磷的线性偏振，在不同的偏振状态下，输出、反射和吸收光谱有所不同。
在强光入射下，二维材料具有光饱和吸收特性。饱和吸收效应是由泡利不相容原理引起的，也就是说如果入射光足够强，载流子的溶度显著增加，这样就使得比本征载流子的浓度还要大。在这一条件下，由于光生载流子占据了空态，则带内载流子的转移会被停滞，这样会导致光吸收减少。这种饱和吸收特性会产生许多非线性器件，统称为饱和吸收体。饱和吸收体可以将激光输出的连续波转变为具有周期性光脉冲，还是研发超快大功率脉冲光纤激光器的重要因素。利用超快脉冲激光使黑磷产生价带和导带之间激发，并在价带和导带之间引起由黑磷产生的非均衡的载流子迁移。
当光子处于稳定状态时，会产生静态吸收，而当光子处于高速状态时，光子则取决于热载流子的动态光响应。简单来说，载流子的动态迁移由如下过程：首先，光激发后热载流子会快速建立一个热费米-狄拉克分布；过一段时间后，通过带内相关光子散射会导致热载流子进一步得到冷却；最后，直到非平衡电子和空穴之间的分布完全放松状态下，电子和空穴进行复合。
近十几年来，与黑磷相关的新型二维材料也同样引起了科研者的高度关注，其中，这些高表面积二维材料的光-物质相互作用机制和光-电转换机制的基础性的科学问题迫切需要解决，有关黑磷相关的二维材料调制器、偏振器、探测器以及光伏器件的研究成为新时期纳米光电子领域的研究热点。类似于黑磷具有优异的光电特性的这种二维材料还有许多，诸如石墨烯、过渡金属硫化物以及拓扑绝缘体等。2016年，Lin等人在《Nano Letters》期刊上提出基于少层黑磷的光电特性在中红外波段的光调制器。他们通过理论计算表明在黑磷的吸收边界内，平面外的电场会出现红移、蓝移，或者两者均有的现象。这是主要由于电场诱导量子局限弗朗兹-凯尔迪什效应和泡利不相容博斯坦-莫斯转移所引起的。通过将黑磷涂敷在硅纳米线表面上，再在黑磷的两端加电极，通过控制电压的大小，来实现对光的调制。
在短短的近30年时间内，以光纤作为波导的光通信技术得到了巨大的成功，尤其在光通信、传感、非线性光学等领域中得到了广泛的发展和应用。近十年来，纳米技术多领域快速发展以及日益严苛的对于光器件而言性能参数（响应时间、尺寸大小、稳定性）的需求，光纤和光器件的微型化已经刻不容缓。微纳光纤与传统的单模光纤比较，微纳光纤的纤芯直径接近亚波长级，纤芯与表面的空气折射率相差很大。所以，微纳光纤可作为光子元器件的功能单元和研究介观光学领域有力工具。
基于微纳光纤有很多优异的光学特性，微纳光纤完美地将光纤通信技术和纳米技术相结合。微纳光纤的优点包含：1、强光场约束。由于微纳光纤的直径通常小于或近似于传输的光波长，即光在微纳光纤中传输的等效模场截面尺寸一般在亚波长量级。同时，微纳光纤的强光场约束应用于小模式区域和光场增强中。2、强倏势场。由于微纳光纤表面会有强倏势场，增强微纳光纤与其他材料波导近场耦合。同时会有较大的光学梯度力会在微纳光纤拉锥区表面产生，致使较为容易控制在其表面的冷原子和纳米颗粒材料。在单模模式条件下具有强且可控的波导色散。3、质量小。由于微纳光纤的质量很小，通过机械振动或位移，微纳光纤具有很高灵敏度的动量变化。这样使得微纳光纤在集成紧凑的光器件设备、光耦合以及转化等领域具有可实现的潜力。4、***损耗小。微纳光纤可以实现低损耗的光传输，输入输出端保持原有的光纤尺寸和单模光纤自然相连接，能够和多种光电子器件连接使用，具有较低的连接损耗，***损耗低于0.1dB。
目前，关于微纳光纤的制备有很多方法。火焰加热拉抻制备微纳光纤是目前最通用的制备方法，使用氢氧焰加热光纤至熔融状态，通过控制火焰大小，拉抻速度和长度来调节制备微纳光纤的直径。Tong等提出了一种使用蓝宝石光纤直接从块状玻璃拉抻制备纳米线的方法，采用这种方法制备得到的光纤直径最小可达到50nm。Summetsky等采用CO2激光器作为加热源，避免了空气扰动引起的直径不均匀性，利用激光器加热蓝宝石管产生足够的热量来制备微纳光纤。另外，电加热法的***结构简单，易于控制和应用操作，同时避免了使用火焰的空气扰动和使用激光器带来的较大区域的损伤因而也得到了广泛的应用。Harfenist等提出从聚合物溶剂中拉制聚合物微纳光纤，利用聚合物易于掺杂的特性，用于制备具有特定掺杂物的功能性微纳光纤。
微纳光纤本身没有纤芯和包层结构，将其置于外部介质（如空气、液体等）中，可将微纳光纤本身视为纤芯，而光纤周围介质视为包层，从而构成折射率凸型分布的光纤波导。当光纤直径降至亚波长量级，电磁场中有一部分是倏势场，这部分倏势场是传输模式的一部分，分布在光纤的外部，因而对光纤表面及附近的介质变化非常敏感。微纳光纤或基于微纳光纤的光子器件的传输特性会随着外部介质的变化而变化，可应用于高灵敏传感器。基于微纳光纤的传感器通常按结构类型可分为以下几类：直微纳光纤、微纳光纤谐振腔（包括环形、结型、卷型以及微球体、微盘等结构）、微纳光纤干涉结构、微纳光纤缠绕结构和基于微纳光纤的微结构等等。微纳光纤可以广泛应用于折射率、温度、加速度、湿度、生物、化学传感领域。
微纳光纤作为光波导结合其倏势场的光学特性可以实现近场的强耦合，形成高品质因数的谐振腔，其中包括环形谐振腔、结型谐振腔和卷型谐振腔。环形谐振腔在微纳光纤重叠区域处发生耦合，结型谐振腔是耦合区域通过打结构成，结构更加稳定，而卷型谐振腔是通过将微纳光纤缠绕在涂覆有低折射率聚合物的圆柱体上构造得到，是三维结构的谐振腔，其Q值为此三种中最高的，结构也最为稳定，更容易应用于实际应用中。微纳光纤卷型谐振器目前已经实现了温度、电流、折射率等物理量的传感。
到目前为止，还没有利用微纳光纤卷型谐振器结合黑磷进行光学调制，主要是因为传统的微纳光纤卷型谐振器为固定结构，一般在外部再涂一层低折射率聚合物，但是当将黑磷涂敷在微纳光纤卷型谐振器内壁时，由于低折射率聚合物存在的缘故，倏势场强度相对降低，灵敏度随之下降。如果外部不涂低折射率聚合物，则其机械稳定性变差，不易用于实际应用中。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种基于涂敷黑磷微纳光纤卷型谐振器的光调制器，具有机械稳定性强，高Q值，灵敏度高的优点。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何提供一种基于涂敷黑磷微纳光纤卷型谐振器的光调制器，具有机械稳定性强，高Q值，灵敏度高的优点。
为实现上述目的，本发明提供了一种涂敷黑磷微纳光纤的制作方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1、 利用熔融拉锥法制作微纳光纤；
步骤2、 将制作完成的微纳光纤固定在低折射率板上；
步骤3、 利用光沉积法将黑磷涂敷在所述微纳光纤表面。
进一步地，所述步骤1具体包括以下步骤：
步骤1.1、 将陶瓷微电偶加热器加热至工作温度；
步骤1.2、 将普通单模光纤涂覆层剥去长3~5 cm，固定在微位移平台上；
步骤1.3、 将剥去涂覆层部分放置入所述陶瓷微电偶加热器中心位置；
步骤1.4、 控制微位移平台移动拉制光纤至锥腰直径为2~3 μm。
进一步地，所述步骤3具体包括以下步骤：
步骤3.1、 将固定好的微纳光纤尾纤一端利用焊接机连接激光器，尾纤另一端利用焊接机连接光谱仪；
步骤3.2、 打开所述激光器并通光；
步骤3.3、 向所述微纳光纤拉锥区域滴加黑磷水基分散液，使得所述分散液浸没所述微纳光纤；
步骤3.4、 待所述分散液风干后将所述微纳光纤尾纤连接所述激光器与光谱仪焊接处掐断，并将光纤取出。
进一步地，所述步骤2中所述低折射率板是用酒精清洗干净的。
进一步地，所述步骤2具体为：将制作完成的微纳光纤用胶带在光纤两端未剥涂覆层的区域固定在低折射率板上。
进一步地，所述步骤1.1中所述加热的所述工作温度为1200~1400℃。
进一步地，所述步骤3.1中所述激光器为980 nm激光器。
本发明还提供了一种基于涂敷黑磷微纳光纤卷型谐振器的制作方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1、 制作微纳光纤卷型谐振器所需的支撑棒；
步骤2、 将制作好的支撑棒固定在旋转控制器中央，表面涂敷黑磷的微纳光纤固定在所述旋转控制器上的同时将锥腰部分搭在支撑棒上，所述微纳光纤一侧固定，另一侧垂直坠下；
步骤3、 将所述旋转控制器放置在微位移平台上，控制所述旋转控制器转速及所述微位移平台的速度，控制所述旋转控制器转角为1620 °，所述微纳光纤在所述支撑棒上缠绕4圈，得到微纳光纤卷型结构；
步骤4、 在所述微纳光纤卷型结构的外周涂上低折射率聚合物；
步骤5、 将玻璃片利用酒精清洁后均匀地涂满低折射率紫外胶并用紫外灯固化；
步骤6、 将步骤4中制作完成的所述微纳光纤卷型结构放置在步骤5处理过的所述玻璃片上，并将所述微纳光纤两边用紫外胶固定。
进一步地，所述步骤1具体为：选取长度为1~3 cm，直径为0.5~1.5 cm的聚甲基乙酸甲酯棒，将其表面均匀地包裹上低折射率紫外胶，并用紫外灯将其固化。
本发明又提供了一种通过改变可调谐激光器功率控制光调制性能的控制方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1、 将制作好的涂敷黑磷微纳光纤卷型谐振器一侧与光纤耦合器的出射端口熔接在一起，另一侧与光谱仪熔接在一起；
步骤2、 将所述光纤耦合器的第一入射端口与可调谐激光器熔接在一起，所述光纤耦合器的第二入射端口与白光光源熔接在一起；
步骤3、 根据所述光纤耦合器的参数设定所述可调谐激光器的中心波长；
步骤4、 通过改变所述可调谐激光器的功率，记录不同功率时所述光谱仪的输出光谱，利用光谱的变化计算光调制器的调制频率。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
(1) 本发明通过先将黑磷沉积在微纳光纤上再制作微纳光纤卷型谐振器作为光调制器这样一个过程，这样黑磷能够直接接触微纳光纤，并直接与倏势场结合从而基于热光效应和载流子效应改变折射率，表现出来的是出射光谱波形的波长与消光比随控制激光功率的变化而变化。本结构相对于传统基于微纳光纤的光调制器，结构稳定，调制效率高。
(2) 采用本发明方法制备的光调制器体积小，轻便，拥有良好的机械稳定性。相比于普通光调制器，具有高灵敏度、抗电磁干扰等优点。
附图说明
图1 是本发明的一个较佳实施例的微纳光纤卷型谐振器的制作过程示意图；
图2 是本发明的一个较佳实施例的可调谐激光器功率变化时传输光谱相应的变化；
图3a 是本发明的一个较佳实施例的泵浦光功率对谐振峰波长的调制性能；
图3b 是本发明的一个较佳实施例的泵浦光功率对消光比的调制性能。
其中：1-支撑棒，2-微纳光纤，3-低折射率聚合物。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
实施例1：
黑磷沉积微纳光纤的制备：
(1) 将陶瓷微电偶加热器加热至工作温度，工作温度约为1300 ℃。
(2) 将普通单模光纤涂覆层剥去长约4 cm，固定在微位移平台（Newport,XML200）上，将剥去涂覆层部分放置入陶瓷微电偶加热器中心位置。
(3) 启动LabVIEW程序控制微位移平台移动拉制光纤，通过控制LabVIEW程序将光纤拉锥至锥腰直径2.35 μm。
(4) 将光纤取下，固定在已经用酒精清洗后洁净的低折射率板上，并用胶带在光纤两端未剥涂覆层的区域固定。
(5) 将固定好的微纳光纤尾纤一端连接980 nm激光器，另一端尾纤连接光谱仪。打开激光器并通光。
(6) 向微纳光纤拉锥区域滴加黑磷水基分散液，并令分散液浸没微纳光纤。待分散液风干后将光纤焊接处掐断，并将光纤取出。
实施例2：
低折射率紫外胶支撑棒的制备：
选取长2 cm左右，直径为1cm的聚甲基乙酸甲酯（PMMA）棒，将其表面均匀地包裹上低折射率紫外胶，并用紫外灯（Hamamatsu, L9588-02A）将其固化。
实施例3：
基于涂敷黑磷微纳光纤卷型谐振器的光调制器的制备（如图1所示）：
S1、将实施例2中制作好的低折射率紫外胶支撑棒1固定在旋转控制器（SMC100）中央，将实施例1中制作的微纳光纤2固定在旋转控制器上同时将锥腰部分搭在支撑棒1上，光纤一侧固定，另一侧垂直坠下。
S2、将旋转控制器放置在微位移平台（Newport, XML100）上，控制旋转控制器转速及微位移平台的速度，旋转控制器转角为1620 °，卷型谐振器的圈数为4圈。
S3、在步骤S2制作好的卷型谐振器的外周涂上低折射率聚合物3。
光调制器由三部分构成：第一部分为低折射率紫外胶支撑棒，目的是为了撑起微纳光纤卷型谐振器结构。低折射率紫外胶支撑棒直径为1.27 cm。第二部分为微纳光纤构成的卷型谐振器，通过熔融制备法拉制二氧化硅单模光纤，拉至2.35 μm，利用旋转控制器与位移平台同时控制绕至低折射率紫外胶中空棒上，圈数为4，光纤与光纤间的间距为5.78 μm。第三部分为黑磷片层结构，黑磷片层材料通过光沉积作用沉积在微纳光纤上，主要是用于光调制效应。
实施例4：
基于涂覆黑磷微纳光纤卷型谐振器的光调制器性能测量：
(1) 将一个载玻片清洁后均匀地涂满低折射率紫外胶并用紫外灯固化。
(2) 将上述做好的微纳光纤卷型谐振器放置在步骤 (1) 制作好的玻璃片上，并将光纤两边用紫外胶固定。
(3)将步骤 (2) 中制作的样品一侧尾纤使用光纤焊接机（Fujikura 62S）与光纤耦合器（OC, 1550 FBT Coupler）的出射端口熔接在一起。光纤耦合器的90%入射端口与可调谐激光器（TL, Santec TSI-710）熔接在一起，10%入射端口与白光光源（YSL SC-series）熔接在一起，样品的另一侧尾纤用光纤焊接机与光谱仪（YOKOGAWA, AQ-6370C）熔接在一起。可调谐激光器的中心波长设置为1550 nm。
(4) 通过改变可调谐激光器的功率，记录不同功率时光谱仪的输出光谱，利用光谱的变化计算光调制器的调制频率。
本发明在微纳光纤卷型谐振器的基础上，在微纳光纤上涂覆了黑磷材料，通过调节控制泵浦激光器功率，对在中红外波段处输出光谱的谐振峰波长和消光比进行调控，实现光调制性质，可应用于光通信和光信号处理方面。
图2示出了可调谐激光器功率变化时传输光谱相应的变化。
图3a和3b示出了基于涂敷黑磷微纳光纤卷型谐振器的光调制器的光调制性能。其中，图3a示出了泵浦激光器功率对谐振峰波长的调制性能，图3b示出了泵浦激光器功率对消光比的调制性能。当泵浦光功率增大时，微纳光纤卷型谐振器传输光谱的谐振峰波长发生红移，而消光比随之变小。其光调制效率达到了0.006 nm/mW和0.156 dBm/mW。
相比于传统方法制备的光调制器，本发明提供了一种利用涂敷黑磷的微纳光纤卷型谐振器制作的光调制器，并利用黑磷的强热光效应和非线性效应实现了优秀的光调制性质。
本发明的优点在于：
1、黑磷具有非常优异热光效应和非线性效应，对光调制性质有非常良好的提升。
2、微纳光纤卷型谐振器相比传统的微纳光纤结构更为稳定，灵敏度更高。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于涂敷黑磷微纳光纤卷型谐振器的光调制器的制作方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1、制作微纳光纤卷型谐振器所需的支撑棒；
所述步骤1具体为：选取长度为1～3cm，直径为0.5～1.5cm的聚甲基乙酸甲酯棒，将其表面均匀地包裹上低折射率紫外胶，并用紫外灯将其固化；
步骤2、将制作好的支撑棒固定在旋转控制器中央，表面涂敷黑磷的微纳光纤固定在所述旋转控制器上的同时将锥腰部分搭在支撑棒上，所述微纳光纤一侧固定，另一侧垂直坠下；
其中，所述表面涂覆黑磷的微纳光纤的制作方法包括以下步骤：
步骤2.1、利用熔融拉锥法制作微纳光纤；
步骤2.2、将制作完成的微纳光纤固定在低折射率板上；
步骤2.3、利用光沉积法将黑磷涂敷在所述微纳光纤表面，得到表面涂覆黑磷的微纳光纤；
所述步骤2.1具体包括以下步骤：
步骤2.1.1、将陶瓷微电偶加热器加热至工作温度；
步骤2.1.2、将普通单模光纤涂覆层剥去长3～5cm，固定在微位移平台上；
步骤2.1.3、将剥去涂覆层部分放置入所述陶瓷微电偶加热器中心位置；
步骤2.1.4、控制微位移平台移动拉制光纤至锥腰直径为2～3μm；
所述步骤2.3具体包括以下步骤：
步骤2.3.1、将固定好的微纳光纤尾纤一端利用焊接机连接激光器，尾纤另一端利用焊接机连接光谱仪；
步骤2.3.2、打开所述激光器并通光；
步骤2.3.3、向所述微纳光纤拉锥区域滴加黑磷水基分散液，使得所述分散液浸没所述微纳光纤；
步骤2.3.4、待所述分散液风干后将所述微纳光纤尾纤连接所述激光器与光谱仪焊接处掐断，并将光纤取出；
步骤3、将所述旋转控制器放置在微位移平台上，控制所述旋转控制器转速及所述微位移平台的速度，控制所述旋转控制器转角为1620°，所述微纳光纤在所述支撑棒上缠绕4圈，得到微纳光纤卷型结构；
步骤4、在所述微纳光纤卷型结构的外周涂上低折射率聚合物；
步骤5、将玻璃片利用酒精清洁后均匀地涂满低折射率紫外胶并用紫外灯固化；
步骤6、将步骤4中制作完成的所述微纳光纤卷型结构放置在步骤5处理过的所述玻璃片上，并将所述微纳光纤两边用紫外胶固定，得到制作好的基于涂覆黑磷微纳光纤卷型谐振器的光调制器。
2.如权利要求1所述的基于涂敷黑磷微纳光纤卷型谐振器的光调制器的制作方法，其特征在于，所述步骤2.2中所述低折射率板是用酒精清洗干净的。
3.如权利要求1所述的基于涂敷黑磷微纳光纤卷型谐振器的光调制器的制作方法，其特征在于，所述步骤2.2具体为：将制作完成的微纳光纤用胶带在光纤两端未剥涂覆层的区域固定在低折射率板上。
4.如权利要求1所述的基于涂敷黑磷微纳光纤卷型谐振器的光调制器的制作方法，其特征在于，所述步骤2.1.1中所述加热的所述工作温度为1200～1400℃。
5.如权利要求1所述的基于涂敷黑磷微纳光纤卷型谐振器的光调制器的制作方法，其特征在于，所述步骤2.3.1中所述激光器为980nm激光器。
6.一种通过改变可调谐激光器功率控制光调制性能的控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1、将如权利要求1至5中任一项所述的制作好的基于涂敷黑磷微纳光纤卷型谐振器的光调制器一侧与光纤耦合器的出射端口熔接在一起，另一侧与光谱仪熔接在一起；
步骤2、将所述光纤耦合器的第一入射端口与可调谐激光器熔接在一起，所述光纤耦合器的第二入射端口与白光光源熔接在一起；
步骤3、根据所述光纤耦合器的参数设定所述可调谐激光器的中心波长；
步骤4、通过改变所述可调谐激光器的功率，记录不同功率时所述光谱仪的输出光谱，利用光谱的变化计算所述光调制器的调制频率。
CN202010511202.8A 2020-06-08 2020-06-08 基于涂敷黑磷微纳光纤卷型谐振器的光调制器 Active CN111796365B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010511202.8A CN111796365B (zh) 2020-06-08 2020-06-08 基于涂敷黑磷微纳光纤卷型谐振器的光调制器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010511202.8A CN111796365B (zh) 2020-06-08 2020-06-08 基于涂敷黑磷微纳光纤卷型谐振器的光调制器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111796365A CN111796365A (zh) 2020-10-20
CN111796365B true CN111796365B (zh) 2022-09-30

Family

ID=72802914

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010511202.8A Active CN111796365B (zh) 2020-06-08 2020-06-08 基于涂敷黑磷微纳光纤卷型谐振器的光调制器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111796365B (zh)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109212671A (zh) * 2018-10-25 2019-01-15 苏州凯文堡尼光电科技有限公司 一种基于微纳光纤结型谐振器的光交叉波分复用器及其制备方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105589195B (zh) * 2016-03-16 2017-11-14 电子科技大学 一种基于黑磷的全光调制器装置
CN109324020A (zh) * 2018-09-01 2019-02-12 哈尔滨工程大学 一种基于微纳光纤卷型谐振器的盐度和折射率传感器制作方法
CN209070256U (zh) * 2018-10-31 2019-07-05 深圳大学 基于微纳光纤的全光调制器和调制***
CN109507121B (zh) * 2018-11-14 2021-06-18 哈尔滨工程大学 一种超灵敏重金属离子传感器装置与制备方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109212671A (zh) * 2018-10-25 2019-01-15 苏州凯文堡尼光电科技有限公司 一种基于微纳光纤结型谐振器的光交叉波分复用器及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111796365A (zh) 2020-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Abouraddy et al. Towards multimaterial multifunctional fibres that see, hear, sense and communicate
Joushaghani et al. Wavelength-size hybrid Si-VO 2 waveguide electroabsorption optical switches and photodetectors
Tapalian et al. Thermooptical switches using coated microsphere resonators
CN109188733B (zh) 基于微纳光纤的全光调制器及其制作方法、调制***
KR20140049316A (ko) 그래핀 광소자
NZ271160A (en) Optical waveguide with core and evanescent field affecting non linear layer
CN106526751A (zh) 一种基于微纳光纤的温控可调谐光纤滤波器及其制作方法
Gerislioglu et al. Single-and multimode beam propagation through an optothermally controllable Fano clusters-mediated waveguide
CN108693602A (zh) 一种氮化硅三维集成多微腔谐振滤波器件及其制备方法
CN105629521A (zh) 一种石墨烯辅助的微光纤环形腔全光开关
CN105511200A (zh) 石墨烯-微纳光纤复合结构全光调制器
CN111175894B (zh) 一种基于低折射率聚合物光子晶体微腔的电光调制器
Guo et al. All-optical control of a single resonance in a graphene-on-silicon nanobeam cavity using thermo-optic effect
CN209070256U (zh) 基于微纳光纤的全光调制器和调制***
CN111796365B (zh) 基于涂敷黑磷微纳光纤卷型谐振器的光调制器
CN112526771A (zh) 一种二硫化钼薄膜辅助的热光调制器
Li et al. All-optic control using a photo-thermal heater in Si photonics
Sun et al. All-optical switching using a hybrid plasmonic donut resonator with photothermal absorber
CN112747778A (zh) 基于热光效应的可调制型马赫曾德干涉仪
CN112596280B (zh) 一种太赫兹反谐振光纤偏振调控器
Gao et al. Light-controllable fiber interferometer utilizing photoexcitation dynamics in colloidal quantum dot
Guan et al. Broadband Light Amplitude Tuning Characteristics of SnSe 2 Coated Microfiber
US8660395B2 (en) Highly nonlinear optical waveguide structure with enhanced nonlinearity and mechanical robustness
Luo et al. High Light Tuning Efficiency in All Optical In₂Se₃ Coated Micro Knot Resonator Structure
Aldawsari et al. Hybrid plasmonic waveguides for nonlinear applications

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant