[發明專利]一種基于拓撲絕緣體的全光波長轉換器件

有效

• 申請號: 201310443132.7
• 申請日: 2013-09-26
• 公開（公告）號: CN103472656A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 陳書青;李瑛;趙楚軍;張晗;文雙春
• 申請（專利權）人: 李瑛
• 主分類號: G02F1/355
• 分類號: G02F1/355;G02F1/365;G02F1/383
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 馬強

技術領域

本發明涉及光通信器件,特別是一種基于拓撲絕緣體的全光波長轉換器件，用于全光波長轉換。?

背景技術

全光通信網絡能夠突破“光-電-光”轉換過程中電子瓶頸對速率的限制，充分利用光纖的巨大帶寬資源，一直是光通信夢想的通信網絡。全光信號處理技術是實現全光通信網絡的關鍵，涉及到傳輸、交換、路由、接入和業務處理等多個方面，具體技術涵蓋全光波長轉換、全光超寬帶信號產生等等。其中全光波長轉換技術在全光通信網絡中發揮關鍵性作用。波長轉換器能實現傳輸信息從一個波長到另一個波長的轉換；能實現波長的再利用，構成可任意擴展的波分復用網絡。

目前，波長轉換技術的主流實現方式是應用非線性器件中的非線性效應，主要包括利用交叉增益調制（XGM），交叉相位調制（XPM）和四波混頻（FWM）來實現全光波長轉換。但交叉增益調制和交叉相位調制這兩種波長轉換方式只適用于強度調制的信號，所以只能達到有限透明，不能實現嚴格透明。其中，基于四波混頻效應的全光波長轉換技術主要是利用非線性光學中的三階非線性效應，能夠對信號的幅度、頻率和相位嚴格透明，故可以使波長轉換與信號的形式無關，是一種極具吸引力的全光波長轉換方案。

近些年來，半導體光放大器（SOA）作為典型的非線性器件，在全光信號處理中得到了廣泛的應用，利用SOA的四波混頻效應實現全光波長轉換等。但是，SOA與光纖的耦合損耗太大，噪聲指數高且易受環境溫度的影響，穩定性較差。最近大量報道利用碳納米管及石墨烯材料的非線性器件實現波長轉換等，并成功將應用于光通信系統中。石墨烯材料具有制備簡單、成本低，高非線性等優點，易于實現石墨烯非線性器件產業化。但石墨烯材料容易損傷，穩定性較差，不利于器件的長時間工作。

拓撲絕緣體作為一種具有新奇量子特性的物質，典型代表是Bi₂Te₃、Bi₂Se₃以及Sb₂Te₃。拓撲絕緣體的表面態與石墨烯相似，其色散關系都可以由狄拉克方程來描述。相似的能帶結構也表明拓撲絕緣體具有與石墨烯類似的寬帶非線性特性。同時，相對于石墨烯，拓撲絕緣體具有更大的調制深度以及更高的穩定性。?

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，針對現有技術不足，提供一種結構簡單、制作工藝簡單的基于拓撲絕緣體的全光波長轉換器件，利用倏逝波與拓撲絕緣體非線性作用體作用，產生四波混頻，從而實現全光波長轉換，解決SOA作為非線性器件時噪聲指數高且易受環境溫度的影響，穩定性較差的問題。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：一種基于拓撲絕緣體的全光波長轉換器件，包括光纖，所述光纖的任意一段被制作成D形光纖或拉錐光纖；所述D形光纖的平面一側或拉錐光纖的腰錐體上設有拓撲絕緣體層；所述拓撲絕緣體層厚度為10～50nm；所述D形光纖長度為30~40mm；所述拉錐光纖長度為15~20mm。

所述拓撲絕緣體層為拓撲絕緣體納米片，所述拓撲絕緣體納米片通過光學誘導的方法沉積在所述D形光纖的平面一側或拉錐光纖的腰錐體上，或者噴涂在所述D形光纖的平面一側或拉錐光纖的腰錐體上。

所述拓撲絕緣體層為拓撲絕緣體納米粒，所述拓撲絕緣體納米粒噴涂在所述D形光纖的平面一側或拉錐光纖的腰錐體上，或者通過光學誘導的方法沉積在所述D形光纖的平面一側或拉錐光纖的腰錐體上。

所述拓撲絕緣體層最優厚度為10～20nm，保證轉換效率高。

所述拓撲絕緣體層材料為Bi₂Se₃、Bi₂Te₃、Sb₂Te₃中的一種。

所述光纖為單模光纖。

與現有技術相比，本發明所具有的有益效果為：本發明利用拓撲絕緣體納米片/納米粒具有高非線性的特點，設計基于拓撲絕緣體的全光波長轉換器件。將拓撲絕緣體轉移至D形光纖剖面或者拉錐光纖拉錐面，通過倏逝波與拓撲絕緣體層傳輸時作用，產生四波混頻效應實現全光波長轉換；本發明的全光波長轉換器件，由于只采用普通單模光纖進行打磨或拉錐，結構簡單，拓撲絕緣體納米粒采用光誘導或噴涂的方法轉移至光纖上，制作工藝簡單。且拓撲絕緣體材料具有大的光學非線性特性以及較高的損傷閾值，利用倏逝波與拓撲絕緣體材料作用產生四波混頻效應制作的全光波長轉換器件具有噪聲指數低，不易受環境溫度的影響，穩定性好的特點。

附圖說明

圖1為本發明第一種實施例的透視圖；