CN112859388A - 基于d型光纤的增强型石墨烯电吸收调制器 - Google Patents
基于d型光纤的增强型石墨烯电吸收调制器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112859388A CN112859388A CN202110071334.8A CN202110071334A CN112859388A CN 112859388 A CN112859388 A CN 112859388A CN 202110071334 A CN202110071334 A CN 202110071334A CN 112859388 A CN112859388 A CN 112859388A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- graphene
- layer
- optical fiber
- fiber
- cladding
- 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.)
- Pending
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 160
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 160
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 title claims abstract description 89
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 claims abstract description 42
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 claims abstract description 42
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims abstract description 33
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 30
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 21
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 17
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims abstract description 17
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229920006335 epoxy glue Polymers 0.000 claims abstract description 10
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims abstract description 10
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 108
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 16
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 14
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 13
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 10
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 claims description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims description 6
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 4
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 4
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 claims description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 3
- 238000007667 floating Methods 0.000 claims description 3
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 3
- 230000004323 axial length Effects 0.000 claims description 2
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 2
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 claims description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 claims description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 2
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 claims 1
- 238000009501 film coating Methods 0.000 claims 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 2
- 241001391944 Commicarpus scandens Species 0.000 description 1
- 244000137852 Petrea volubilis Species 0.000 description 1
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- G02F1/011—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 in optical waveguides, not otherwise provided for in this subclass
- G02F1/0115—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 in optical waveguides, not otherwise provided for in this subclass in optical fibres
-
- 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
- G02F1/0102—Constructional details, not otherwise provided for in this subclass
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
基于D型光纤的增强型石墨烯电吸收调制器，属于光电子器件领域，使用石英V型槽将光纤嵌入其中，用环氧胶将光纤密封固定并暴露部分光纤包层在V型槽外部。抛光去除部分光纤包层使纤芯内的倏逝场泄露。在制作好的D型光纤/石英基底表面转移两层石墨烯，两层石墨烯之间使用介电层隔开制作成平行板电容器。两只金属电极分别与上下两层石墨烯相连用于施加电压，改变石墨烯的费米能级，从而实现通过外加电压对光纤内传输光场的调制；顶部添加一层PMMA薄膜将光纤内的倏逝场向外引出，增强与石墨烯的相互作用强度。这种调制器相互作用强度大，制作成本低，同时保留了光纤互联的优异特性。
Description
技术领域：
本发明属于光电子器件领域，具体涉及到一种基于D型光纤的增强型石墨烯电吸收调制器的设计和制作方法。
背景技术：
光调制器作为一种对光的特性(强度、相位、偏振、波长等)进行操纵的一种光电子器件，在光互联、激光测距、调Q锁模、光学显示等领域有着非常重要的作用。其中光纤通信、脉冲激光的产生很大程度上要依赖于对激光强度特性的调制。
现在市面上应用比较广泛的强度调制器有电光调制器、声光调制器、电吸收调制器等，经过多年的发展相应的材料制备、调制原理已经发展的相对成熟，但现存的调制器依然存在体积大不利于集成、调制电压高、制备工艺复杂等无法避免的弊端。
石墨烯作为一种全新的二维材料在2004年由英国的科学家通过简单地撕胶带法首次制备并对其性质进行了测定。发现其拥有优异的电学和光学特性。石墨烯的费米能级结构可以通过加电压的形式来调控，当没有外加电压的时候本征石墨烯的费米能级处于费米狄拉克点处，此时的石墨烯由于零带隙的特点可以对相当宽带的光进行吸收，单层石墨烯对光的吸收率为2.3％，而当我们在石墨烯的两侧施加偏置电压时就会让石墨烯发生电掺杂，随着偏执电压的方向不同，石墨烯的费米能级会向导带或者价带发生偏移，而当这个偏移量超过1/2的光子能量时，由于泡利不相容原理，入射的光子没有相应的价带电子可以激发，或者导带相应的位置已经被电子占据，此时石墨烯对入射光表现为透明。通过上述的电压施加与撤销，可以使石墨烯对光的吸收能力在吸收与高透过之间来回切换，也就实现了通过电压达到光调制的目的。由于石墨烯本身的优异电光特性，使用石墨烯制作调制器有如下的优点：
(1)石墨烯和光相互作用的能力很强。相比于目前所使用的光电器件(主要基于量子阱和量子限制斯托克斯效应的材料)，单层石墨烯(0.3nm)就能够实现2.3％的光吸收，为更灵敏更精细的调制提供了很好的材料基础。
(2)基于石墨烯的电光调制器可以实现高速的操作。石墨烯所具有的高电子迁移率(200000cm2/V/s)和超快的带间弛豫(ps量级)使石墨烯可以通过能带填充效应快速的对光的吸收进行调控。理论上可以达到500GHz的操作速率。
(3)工作波长范围广。由于石墨烯独特的零带隙能级结构，使得它对非常宽的光谱范围都能够实现一致的2.3％的强吸收能力，基于这种性能可以实现同一器件同时覆盖可见光到中红外的调制波长范围。
(4)光学性质易于调控。由于石墨烯的光学性质主要取决于它的能级结构，这种能级结构可以很方便的通过加电压，通光，化学掺杂等手段进行人为的控制，所以石墨烯作为电光调制器可控性极强。
通过石墨烯主动光调制的方式由于可以人为的改变外加电压大小、调制速度等，因此可以对调制器进行更好地控制，拥有更大的自由度。国内外众多团队聚焦于石墨烯的这种特性开发了各种形式的石墨烯主动电光调制器，其中大部分工作是基于硅基的。但基于硅基的调制器存在着***损耗大、耦合效率低、制备工艺复杂等众多不足。和光纤相结合的石墨烯调制器有透射式，微纳光纤式，D型光纤式等。透射式的调制器受限于光斑大小有限，参与作用的碳原子数量很少，所以调制深度比较差。而微纳光纤制作工艺本身依赖于光纤拉锥技术，同时由于光纤本身被拉制成亚微米尺寸，所以十分的不稳定，容易损坏。而目前使用D型光纤制作的石墨烯调制器，受限于光纤抛光区域泄露的光场能量有限，并不能有效地与贴敷石墨烯的高效的相互作用。
基于现有技术的缺陷和不足之处，本发明提出一种基于D型光纤的增强型石墨烯电吸收调制器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于D型光纤的增强型石墨烯电吸收调制器的设计和制作方法，用于解决硅基石墨烯调制器的制作工艺复杂，耦合效率低的困难。同时也弥补目前光纤领域石墨烯调制器相互作用强度弱，光纤易断裂的问题。
为实现上述目的，给出的技术方案如下。
基于D型光纤的增强型石墨烯电吸收调制器，其特征在于，D型光纤的光纤包层周向一侧剥离一定厚度使得剥离处纤芯的光纤包层厚度为0.8-1.2μm，自剥离处纤芯外的光纤包层沿径向向外依次设有如下的叠加层状结构：自剥离处纤芯外的光纤包层沿径向向外依次为第一层石墨烯层(1)、介电层(3)、第二层石墨烯层(9)、PMMA薄膜(4)，第一层石墨烯层(1)、第二层石墨烯层(9)为延长型的层，第一层石墨烯层(1)、第二层石墨烯层(9)上分别设有金属电极(2)；所述的剥离处纤芯表层光纤包层、叠加层状结构沿轴向长度可根据需要进行设置，如点接触、线接触、面接触，即剥离处纤芯表层光纤包层与第一层石墨烯层(1)为点接触、线接触、面接触。
制备上述所述调制器的方法，采用的装置包括上表面设有长V型槽石英基底(8)、D型光纤(6)、将光纤与V型槽密封的环氧胶(7)、第一层石墨烯层(1)、介电层(3)、第二层石墨烯层(9)、PMMA层(4)、金属电极(2)；
所述的D型光纤(6)置于石英基底(8)长V型槽中并使用环氧胶(7)将D型光纤(6)固定到V型槽中，同时使得待剥离掉的光纤包层凸出石英基底(8)上表面，即使得待剥离掉的光纤包层部分暴露在V型槽之外，可以方便的对其进行研磨抛光处理，去除部分包层厚度之后，由于光纤波导结构的改变，在光纤被抛光的区域有部分的倏逝场泄露到光纤外，可以与后续贴附的第一层石墨烯层相互作用；第一层石墨烯层和第二层石墨烯层依次转移至该抛光区域的表面，二者使用介电层隔开，形成了平行板电容器模型，两只金属电极分别与第一层石墨烯层和第二层石墨烯层相连方便施加偏置电压，偏置电压通过金属电极施加到第一层石墨烯层和第二层石墨烯层，平行板电容器内形成电场，从而给两层石墨烯带来化学势的偏移，随着施加电压的提高，石墨烯费米能级的偏移量超过1/2光子能量，石墨烯就会从强吸收状态改变至对光的透明状态，从而实现对石墨烯光吸收强度的调制；一层PMMA薄膜被置于上层石墨烯的顶部，是因为PMMA的折射率(n＝1.49)略高于光纤包层，从而能够将纤芯内的光场向外拉扯，从而促进倏逝场与表面石墨烯层的相互作用强度。
作为优选，所选用的D型光纤可以是单模光纤、多模光纤、保偏光纤中的一种。
进一步的，V型槽的尺寸可以将上述选用D型光纤部分嵌入，并且暴露特定厚度的包层在槽外部。
更进一步的，所选用光纤与V型槽之间使用环氧胶密封。
作为优选，所使用的第一层石墨烯层和第二层石墨烯层可以是单层石墨烯或少层石墨烯的一种。
作为优选，第一层石墨烯层和第二层石墨烯层之间的介电层可以选用Al2O3以及其他高介电常数的材料；厚度为20nm。
作为优选，所选用的金属电极采用采用Au、Pr、Ni等金属电极的其中一种或几种。金属电极的厚度为50nm。
顶层的PMMA薄膜可以替换为其他的PVB薄膜或其他略高于光纤包层折射率的高聚物材料薄膜，用于引导光纤中的光场向外泄露，增强与石墨烯的相互作用强度。顶层PMMA层的厚度为900nm。
更进一步的，两只金电极分别与两层石墨烯层相连，并且彼此不导通。
器件的制作工艺流程如下：
1.制作D型光纤
将光纤嵌入定制好尺寸的石英V型槽中并使用环氧胶密封，抛光去除预留在V型槽外部的部分厚度包层，使抛光区域光纤剩余的包层厚度为1um左右。
2.石墨烯的制备
使用化学气相沉积法在铜基上生长单层或少层的石墨烯层，生长质量使用拉曼光谱和SEM测试。
3.第一片石墨烯的转移
在生长好的石墨烯表面旋涂PMMA薄膜作为支撑层，去除铜箔之后石墨烯/PMMA薄膜漂浮在水面，使用预先准备好的石英基底/D型光纤捞取石墨烯/PMMA薄膜。成功转移之后去除PMMA层。
4.介电层的制备
使用掩模板作为遮挡，制作介电层，覆盖第一片石墨烯的表面，隔绝两片石墨烯的导电。
5.第二片石墨烯的转移
仿照步骤3转移第二片石墨烯。
6.金属电极的制备
使用另一块掩模板，在需要制作电极的位置留出相应的图案，从而制备两只金属电极。两只电极分别与第一片和第二片石墨烯相连接，且彼此无接触。
7.顶部PMMA薄膜的制作和转移
使用匀胶机在铜箔表面旋涂确定厚度的PMMA，烘干成膜之后腐蚀掉铜箔，使PMMA薄膜漂浮在水面上，然后转移至上层石墨烯的顶部。
本发明比较同类型产品有以下优点：
1.使用D型光纤作为波导，避免了硅基波导制备门槛高，工艺复杂，耦合效率低等劣势。并且能够很好的实现光纤网络互联。
2.D型光纤有V型槽作为支撑和操作平台，制作更加方便可行。后续加工操作更加可靠与坚固。
3.光纤抛光区域的长度决定了光与石墨烯相互作用的强度，抛光区域的长度在定制石英V型槽的时候就可以精确控制，通过改变D型光纤抛光区域长度就能快捷的增强与石墨烯的相互作用，从而提高调制效果。
4.本发明在器件的顶部添加了额外的PMMA层，利用PMMA层的高折射率，可以将原本束缚在纤芯内的光场进一步向外引出，从而增强了与石墨烯相互作用的强度，进一步提高调制效果。另外顶层的PMMA也可以起到保护作用，避免外来物质对石墨烯的污染，以及环境因素对调制效果的影响。
附图说明：
结合附图对本发明进一步描述说明：
图1：基于D型光纤的增强型石墨烯电吸收调制器结构示意图；
图2：D型光纤示意图；
其中1：第一层石墨烯层，2：金属电极，3：介电层，4：PMMA薄膜，5：纤芯，6：光纤包层，7：环氧胶，8：石英基底，9：第二层石墨烯层；a:D型光纤输入端，b:D型光纤输出端。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1：
1.制作D型光纤
选用芯包比为8/125的SM-28光纤，剥去1cm左右长度的涂覆层后嵌入定制好尺寸的石英V型槽(8)，嵌入之后暴露在槽外的包层(6)厚度为58um。使用环氧胶(7)密封缝隙，选用粒径大小为5um，3um，1um，0.3um的氧化铝砂纸依次抛光，去除预留在V型槽外部的部分包层(6)。抛光完成后包层剩余厚度为1um左右。
2.石墨烯的制备
使用化学气相沉积法在铜基上生长单层石墨烯层(1)，由于生长时铜箔的两侧都会有石墨烯覆盖，使用前应先用等离子体刻蚀的方法去除背面的石墨烯，保留正面的高质量石墨烯。
3.第一层石墨烯的转移
在生长好的第一层石墨烯层(1)表面旋涂约300nm厚度的PMMA薄膜作为支撑层，使用刻蚀液去除掉底部铜箔之后石墨烯/PMMA薄膜漂浮在水表面，使用预先准备好的石英基底/D型光纤捞取石墨烯/PMMA薄膜。石墨烯固定的位置应跨过D型光纤的抛光窗口区域，成功转移之后用丙酮去除PMMA层。
4.介电层的制备
使用厚度为0.5mm的不锈钢掩模板，预留出需要制作介电层的区域，和石英衬底紧密贴合之后使用ALD法沉积一层20nm厚度的Al2O3作为介电层(3)，介电层(3)覆盖第一层石墨烯层(1)的表面，隔绝两层石墨烯的导电。
5.第二片层石墨烯层的转移
仿照步骤3转移第二层石墨烯层。
6.金属电极的制备
使用另一块制作电极的金属掩模板，在需要制作电极的位置留出开口。使用电子束蒸镀法制作两只50nm厚的金电极(2)，电极的位置分别在D型光纤的两侧，均与光纤相距2mm。两只电极分别与第一片和第二片石墨烯相连接，且彼此无接触。
7.顶部PMMA薄膜的制作和转移
使用匀胶机在铜箔表面旋涂900nm厚度的PMMA(4)，烘干成膜之后腐蚀掉铜箔，使PMMA薄膜漂浮在水面上，并且转移至上层石墨烯的表面，转移之后在120℃的烘干箱内烘干。
实施例2：
在两只金电极上分别使用导电银胶引出铜导线，便于施加偏执电压。两根导线与电压源的正负极连接，其中上层石墨烯连接电源的正极，下层石墨烯连接电源的正极。D型光纤输入端(a)通入波长为1550nm的连续激光，在D型光纤输出端(b)使用光功率计作为探测，记录光功率的变化。电压源施加的电压由0V向+10V与-10V连续的改变。可以看到在0V电压时D型光纤输出端(b)所接收到的光功率是最低的，此时对应石墨烯的强吸收状态。在电压为+10V与-10V时D型光纤输出端(b)所接收到的光功率是最高的，此时因为外加电压的作用，石墨烯呈现高透过率状态。
Claims (10)
1.基于D型光纤的增强型石墨烯电吸收调制器，其特征在于，基于D型光纤的增强型石墨烯电吸收调制器，其特征在于，D型光纤的光纤包层周向一侧剥离一定厚度使得剥离处纤芯的光纤包层厚度为0.8-1.2μm，自剥离处纤芯外的光纤包层沿径向向外依次设有如下的叠加层状结构：自剥离处纤芯外的光纤包层沿径向向外依次为第一层石墨烯层(1)、介电层(3)、第二层石墨烯层(9)、PMMA薄膜(4)，第一层石墨烯层(1)、第二层石墨烯层(9)为延长型的层，第一层石墨烯层(1)、第二层石墨烯层(9)上分别设有金属电极(2)。
2.按照权利要求1所述的基于D型光纤的增强型石墨烯电吸收调制器，其特征在于，所述的剥离处纤芯表层光纤包层、叠加层状结构沿轴向长度可根据需要进行设置，如点接触、线接触、面接触，即剥离处纤芯表层光纤包层与第一层石墨烯层(1)为点接触、线接触、面接触。
3.制备权利要求1或2所述的基于D型光纤的增强型石墨烯电吸收调制器的方法，其特征在于，采用的装置包括上表面设有长V型槽石英基底(8)、D型光纤(6)、将光纤与V型槽密封的环氧胶(7)、第一层石墨烯层(1)、介电层(3)、第二层石墨烯层(9)、PMMA层(4)、金属电极(2)；
所述的D型光纤(6)置于石英基底(8)长V型槽中并使用环氧胶(7)将D型光纤(6)固定到V型槽中，同时使得待剥离掉的光纤包层凸出石英基底(8)上表面，即使得待剥离掉的光纤包层部分暴露在V型槽之外，可以方便的对其进行研磨抛光处理，去除部分包层厚度之后，由于光纤波导结构的改变，在光纤被抛光的区域有部分的倏逝场泄露到光纤外，可以与后续贴附的第一层石墨烯层相互作用；第一层石墨烯层和第二层石墨烯层依次转移至该抛光区域的表面，二者使用介电层隔开，形成了平行板电容器模型，两只金属电极分别与第一层石墨烯层和第二层石墨烯层相连方便施加偏置电压，偏置电压通过金属电极施加到第一层石墨烯层和第二层石墨烯层，平行板电容器内形成电场，从而给两层石墨烯带来化学势的偏移，随着施加电压的提高，石墨烯费米能级的偏移量超过1/2光子能量，石墨烯就会从强吸收状态改变至对光的透明状态，从而实现对石墨烯光吸收强度的调制；一层PMMA薄膜被置于上层石墨烯的顶部，是因为PMMA的折射率高于光纤包层，从而能够将纤芯内的光场向外拉扯，从而促进倏逝场与表面石墨烯层的相互作用强度。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，所选用的D型光纤是单模光纤、多模光纤、保偏光纤中的一种。
5.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，所使用的第一层石墨烯层和第二层石墨烯层是单层石墨烯或多层石墨烯的一种。
6.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，第一层石墨烯层和第二层石墨烯层之间的介电层，选用Al2O3以及其他高介电常数的材料；厚度为20nm。
7.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，所选用的金属电极采用采用Au、Pr、Ni等金属电极的其中一种或几种；金属电极的厚度为50nm。
8.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，顶层的PMMA薄膜可以替换为其他的PVB薄膜或其他略高于光纤包层折射率的高聚物材料薄膜，用于引导光纤中的光场向外泄露，增强与石墨烯的相互作用强度；顶层PMMA层的厚度为900nm。
9.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，两只金电极分别与两层石墨烯层相连，并且彼此不导通。
10.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，器件的制作工艺流程如下：
(1)制作D型光纤
将光纤嵌入定制好尺寸的石英V型槽中并使用环氧胶密封，抛光去除预留在V型槽外部的部分厚度包层，使抛光区域光纤剩余的包层厚度为1um；
(2)石墨烯的制备
使用化学气相沉积法在铜基上生长单层或少层的石墨烯层，生长质量使用拉曼光谱和SEM测试；
(3)第一片石墨烯的转移
在生长好的石墨烯表面旋涂PMMA薄膜作为支撑层，去除铜箔之后石墨烯/PMMA薄膜漂浮在水面，使用预先准备好的石英基底/D型光纤捞取石墨烯/PMMA薄膜；成功转移之后去除PMMA层；
(4)介电层的制备
使用掩模板作为遮挡，制作介电层，覆盖第一层石墨烯的表面，隔绝两层石墨烯的导电；
(5)第二层石墨烯的转移
仿照步骤3转移第二层石墨烯。
(6)金属电极的制备
使用另一块掩模板，在需要制作电极的位置留出相应的图案，从而制备两只金属电极；两只电极分别与第一层和第二层石墨烯层相连接，且彼此无接触；
(7)顶部PMMA薄膜的制作和转移
使用匀胶机在铜箔表面旋涂确定厚度的PMMA，烘干成膜之后腐蚀掉铜箔，使PMMA薄膜漂浮在水面上，然后转移至上层石墨烯的顶部。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110071334.8A CN112859388A (zh) | 2021-01-19 | 2021-01-19 | 基于d型光纤的增强型石墨烯电吸收调制器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110071334.8A CN112859388A (zh) | 2021-01-19 | 2021-01-19 | 基于d型光纤的增强型石墨烯电吸收调制器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112859388A true CN112859388A (zh) | 2021-05-28 |
Family
ID=76007406
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110071334.8A Pending CN112859388A (zh) | 2021-01-19 | 2021-01-19 | 基于d型光纤的增强型石墨烯电吸收调制器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112859388A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113885230A (zh) * | 2021-10-12 | 2022-01-04 | 桂林电子科技大学 | 基于双层石墨烯的双芯光纤电光调制器 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN202693928U (zh) * | 2011-12-31 | 2013-01-23 | 泰州巨纳新能源有限公司 | 基于d型光纤的石墨烯电光调制器 |
| CN103176294A (zh) * | 2013-04-02 | 2013-06-26 | 浙江大学 | 一种基于石墨烯材料的全光纤电光调制器及其方法 |
| CN105372851A (zh) * | 2015-12-17 | 2016-03-02 | 电子科技大学 | 基于石墨烯二硫化钼异质结光纤吸收增强型电光调制器 |
| CN111045228A (zh) * | 2019-11-20 | 2020-04-21 | 桂林电子科技大学 | 基于石墨烯d型双芯光纤m-z调制器及其制备方法 |
| WO2020178559A1 (en) * | 2019-03-06 | 2020-09-10 | Cambridge Enterprise Limited | Optical transmitter |
| CN111650694A (zh) * | 2020-06-06 | 2020-09-11 | 桂林电子科技大学 | 基于石墨烯三芯光纤的波分复用器 |
-
2021
- 2021-01-19 CN CN202110071334.8A patent/CN112859388A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN202693928U (zh) * | 2011-12-31 | 2013-01-23 | 泰州巨纳新能源有限公司 | 基于d型光纤的石墨烯电光调制器 |
| CN103176294A (zh) * | 2013-04-02 | 2013-06-26 | 浙江大学 | 一种基于石墨烯材料的全光纤电光调制器及其方法 |
| CN105372851A (zh) * | 2015-12-17 | 2016-03-02 | 电子科技大学 | 基于石墨烯二硫化钼异质结光纤吸收增强型电光调制器 |
| WO2020178559A1 (en) * | 2019-03-06 | 2020-09-10 | Cambridge Enterprise Limited | Optical transmitter |
| CN111045228A (zh) * | 2019-11-20 | 2020-04-21 | 桂林电子科技大学 | 基于石墨烯d型双芯光纤m-z调制器及其制备方法 |
| CN111650694A (zh) * | 2020-06-06 | 2020-09-11 | 桂林电子科技大学 | 基于石墨烯三芯光纤的波分复用器 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 周锋 等: "全光纤结构的石墨烯电吸收调制器", 《光学精密工程》 * |
| 周锋: "基于石墨烯新材料的全光纤调制器件研究", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库（博士）信息科技辑》 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113885230A (zh) * | 2021-10-12 | 2022-01-04 | 桂林电子科技大学 | 基于双层石墨烯的双芯光纤电光调制器 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105044931B (zh) | 硅基集成化的差分电光调制器及其制备方法 | |
| CN105278125B (zh) | 一种石墨烯偏振不敏感电光调制器结构 | |
| CN101359071B (zh) | 光耦合器件 | |
| CN105866984B (zh) | 一种石墨烯电光调制器及其制备方法 | |
| CN109324372B (zh) | 一种硅光波导端面耦合器 | |
| CN106249441B (zh) | 石墨烯多孔光纤电光调制器 | |
| CN103439807A (zh) | 石墨烯的低折射率差波导调制器及制备方法 | |
| CN102495480A (zh) | 石墨烯-微纳光纤复合结构电光调制器 | |
| CN108717237A (zh) | 一种基于d型双芯光纤的多层石墨烯多输出方式的调制器 | |
| CN105158935A (zh) | 基于d型超细光纤的石墨烯吸收型电光调制器 | |
| CN105785602A (zh) | 一种基于石墨烯的硅基微环光路由器 | |
| CN112859388A (zh) | 基于d型光纤的增强型石墨烯电吸收调制器 | |
| Cheng et al. | Sandwiched graphene/hBN/graphene photonic crystal fibers with high electro-optical modulation depth and speed | |
| JP6606631B2 (ja) | 光変調器 | |
| CN106125350A (zh) | 基于d型光纤的石墨烯电光调制器及其制备方法 | |
| JP6086581B2 (ja) | 光変調器 | |
| CN109613723A (zh) | 一种铌酸锂光调制器及其制备与封装方法 | |
| CN102012573B (zh) | 液晶光子晶体光纤可调谐窄带滤波器及其制作方法 | |
| TW588162B (en) | Fiber-optic tunable filters and intensity modulators | |
| CN107102454A (zh) | 基于氧化铟锡光纤型偏振无关的吸收型电光调制器 | |
| CN111338022A (zh) | 光纤及具有其的电光调制器 | |
| CN104570204B (zh) | 一种周期衍射褶皱激发的石墨烯波导全程补偿的表面等离子体传播装置 | |
| CN112415790B (zh) | 一种全光纤电光器件及其构建方法 | |
| Hu et al. | High-responsivity and high-speed black phosphorus photodetectors integrated with proton exchanged thin-film lithium niobate waveguides | |
| CN211669400U (zh) | 光纤及具有其的电光调制器 |
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 | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20210528 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |