[發明專利]基于石墨烯的改進型Mach-Zehnder電光調制器

無效

• 申請號: 201310013971.5
• 申請日: 2013-01-15
• 公開（公告）號: CN103064201A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 梁錚;丁榮;義理林;倪振華
• 申請（專利權）人: 泰州巨納新能源有限公司
• 主分類號: G02F1/035
• 分類號: G02F1/035
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及光學儀器，尤其是基于石墨烯的改進型Mach-Zehnder電光調制器。

背景技術

Mach-Zehnder電光調制器是一種常用的干涉型外調制器。其調制輸出光為兩個調制臂光場相互干涉的結果。現有Mach-Zehnder電光調制器所能獲得的信號點在其信號空間星座圖上只能位于一個圓環上。受限于此，隨著信號點的增加，信號點之間的歐氏距離將迅速減小，難以再增加更多的信號點，限制了光纖通信系統的傳輸速率和容量。

石墨烯(graphene)是由碳原子構成的二維晶體，是其它碳材料同素異形體的基本構成單元。將石墨烯施加不同電壓，石墨烯中電子的能量（費米能級）會改變，并影響對光子吸收的特性。目前，基于石墨烯的電光調制器已經見諸報道（參見Ming?Liu?et.al,?“A?grapheme-based?broadband?optical?modulator,”?Nature?No.?474,?pp.?64-67,?2011）。這種調制方式僅調制光場幅度，信號點都在一個維度上，在同等信噪水平下，所能提供的信號點小于多維信號調制。

發明內容

為了解決現有Mach-Zehnder調制器和石墨烯電光調制器無法同時實現導波光電場幅度和相位同時調制的問題，本發明提出一種基于石墨烯的改進型Mach-Zehnder電光調制器，以增加更多的信號點，進一步提高光通信系統的速率和容量。

為達到以上目的，本發明解決其技術問題所采用的方案是：一種基于石墨烯的改進型Mach-Zehnder電光調制器，包括Mach-Zehnder電光調制器雙臂相位調制與干涉系統，在Mach-Zehnder電光調制器雙臂上分別設有石墨烯薄膜和石墨烯薄膜電極。所述干涉系統包括上調制臂上設有上調制臂電壓V₁(t)，下調制臂上設有下調制臂電壓V₂(t)。

通過石墨烯薄膜電極在石墨烯薄膜上加載電場，通過電場的改變引起石墨烯薄膜對調制臂內光場能量吸收的變化，從而對調制臂內導波光的幅度和相位進行調制。

本發明所述石墨烯薄膜覆蓋在Mach-Zehnder電光調制器雙臂上，并與石墨烯薄膜電極連接。上調制臂的石墨烯薄膜上設有石墨烯薄膜電極P1和P2,?下調制臂的石墨烯薄膜上設有石墨烯薄膜電極P3和P4。所述石墨烯薄膜電極連接在石墨烯薄膜上。所述電場的方向在由Mach-Zehnder電光調制器上調制臂和下調制臂所共同確定的平面內。采用以上技術方案后，本發明的有益效果是：該改進型Mach-Zehnder電光調制器可以選擇任意P個導波光電場振幅和Q個相位來構成一個R=P*Q的組合幅度和相位調制。利用石墨烯的快速響應特性，能進一步提高現有光纖通信系統的傳輸速率和容量，在相同的最小歐氏距離下，可以提供更多的信號點。

附圖說明

圖1為本發明的原理示意圖。

圖2為本發明實施例的示意圖。

具體實施方式

實施例1：根據圖1所示，本發明一種基于石墨烯的改進型Mach-Zehnder電光調制器，包括Mach-Zehnder電光調制器雙臂相位調制與干涉系統(即上調制臂3，下調制臂4，上調制臂電壓V₁(t)，下調制臂電壓V₂(t))Mach-Zehnder電光調制器雙臂上分別設有石墨烯薄膜和石墨烯薄膜電極，通過石墨烯薄膜電極在石墨烯薄膜上加載電場，通過電場的改變引起石墨烯薄膜對調制臂內光場能量吸收的變化，從而對調制臂內導波光的幅度和相位進行調制。

本發明所述石墨烯薄膜覆蓋在Mach-Zehnder電光調制器雙臂上，并與石墨烯薄膜電極連接。所述石墨烯薄膜電極連接在石墨烯薄膜上。上調制臂3的石墨烯薄膜1上設有石墨烯薄膜電極P1和P2,?下調制臂4的石墨烯薄膜2上設有石墨烯薄膜電極P3和P4。所述電場的方向在由Mach-Zehnder電光調制器上調制臂3和下調制臂4所共同確定的平面內。

如果：

l??????????????????????????????????????????????????????代表入射光電場函數；

l???????代表在石墨烯薄膜1上建立的在xz平面上的幅度調制電場函數；

l???????代表在石墨烯薄膜2上建立的在xz平面上的幅度調制電場函數；

l???????代表在Mach-Zehnder電光調制器上調制臂3上加載的入射光電場相位調制電壓函數；