[發(fā)明專利]一種石墨烯輔助的微光纖環(huán)形腔全光開關(guān)

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201610035951.1
• 申請日: 2016-01-19
• 公開（公告）號: CN105629521A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙建林;王亞東;甘雪濤;方亮;趙晨陽
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G02F1/01
• 分類號: G02F1/01;G02B6/293
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種石墨烯輔助的微光纖環(huán)形腔全光開關(guān)。

背景技術(shù)

全光開關(guān)，是一種利用光控光技術(shù)，使光信號在通信網(wǎng)絡(luò)和信號處理中快速地實現(xiàn)開關(guān)或者切換的器件。相比電光、聲光、機(jī)械等開關(guān)器件，全光開關(guān)具有成本低、兼容性好、抗電磁干擾等優(yōu)勢，在光通信和信號處理等領(lǐng)域擁有巨大的應(yīng)用前景。微型化、集成化已經(jīng)成為新型全光器件的重要發(fā)展趨勢，人們已經(jīng)提出并報道了多種小尺寸、高性能、高密度集成的新型全光器件。作為典型的微納光波導(dǎo)之一，微光纖具有強(qiáng)倏逝場、高機(jī)械強(qiáng)度(彎曲性能、抗張強(qiáng)度等)、低傳輸損耗等特性，在光通信、非線性光學(xué)、傳感測量、量子光學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。由于微光纖能夠感應(yīng)光子動量，因而可通過光力實現(xiàn)基于微光纖的全光開關(guān)，但受到機(jī)械條件的限制其開關(guān)速度很慢。作為微光纖與諧振腔的結(jié)合體，微光纖環(huán)形腔具有強(qiáng)的光場局域能力以及高靈敏度、高品質(zhì)因素等優(yōu)點，有利于形成高消光比的光開關(guān)器件。目前，已有多種基于微光纖環(huán)形腔的光開關(guān)器件被提出和報道。例如，將微光纖纏繞在壓電陶瓷周圍構(gòu)成諧振腔，通過調(diào)制壓電陶瓷改變腔的長度，從而實現(xiàn)可調(diào)諧的共振波長，改變特定波長信號光的輸出強(qiáng)度。但是，這種方法仍涉及機(jī)械調(diào)制，器件穩(wěn)定性較差，且調(diào)制速度較慢。還有一種利用光驅(qū)動技術(shù)實現(xiàn)光開關(guān)的方法是，在微光纖環(huán)形腔周圍涂覆光敏液晶材料，利用外加光場輻照光敏液晶，調(diào)制液晶的折射率，從而改變光信號在諧振腔中傳輸時的共振波長以達(dá)到光調(diào)諧的效果。但是，這種結(jié)構(gòu)操作較為復(fù)雜，而且受制于液晶本身的響應(yīng)時間，其開關(guān)速度較慢。

發(fā)明內(nèi)容

要解決的技術(shù)問題

為克服現(xiàn)有光開關(guān)器件在成本高、兼容性差、效率低、速度慢等方面的缺點，本發(fā)明旨在提供一種石墨烯輔助的微光纖環(huán)形腔全光開關(guān)。

技術(shù)方案

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

石墨烯輔助的微光纖環(huán)形腔全光開關(guān)，其特征包括石墨烯薄膜和微光纖環(huán)形腔；所述石墨烯薄膜通過裹覆方式集成于微光纖環(huán)形腔；所述微光纖環(huán)形腔器件可以是微光纖經(jīng)環(huán)繞制成的“圈形”環(huán)形腔或經(jīng)打結(jié)制成的“結(jié)型”環(huán)形腔，也可以是將微光纖兩端融合而形成的“圓環(huán)形”環(huán)形腔；所述微光纖“圈形”環(huán)形腔可以是單圈型，也可以由多圈繞成；所述石墨烯薄膜可以是由化學(xué)氣相沉積法生長在金屬箔上，并通過化學(xué)腐蝕法將金屬箔去除后形成的石墨烯薄膜，也可以是利用機(jī)械剝離法剝離得到的石墨烯薄膜；所述石墨烯薄膜被轉(zhuǎn)移至微光纖環(huán)形腔的腔體部分光纖上，形成石墨烯輔助的微光纖環(huán)形腔；所述石墨烯薄膜可以覆蓋至微光纖環(huán)形腔的全部腔體，也可以是部分腔體；所述石墨烯薄膜與微光纖環(huán)形腔泄漏的倏逝場具有強(qiáng)烈的相互作用。

本發(fā)明所采用的工作原理，其特征在于如下：

石墨烯輔助的微光纖環(huán)形腔全光開關(guān)的驅(qū)動光和信號光通過波分復(fù)用器進(jìn)行合束，并同時進(jìn)入由石墨烯薄膜與微光纖環(huán)形腔構(gòu)成的全光開關(guān)器件；所述驅(qū)動光通過對全光開關(guān)器件進(jìn)行控制從而達(dá)到調(diào)制信號光的目的；所述驅(qū)動光與所述信號光具有不同波長；所述驅(qū)動光在全光開關(guān)器件中傳輸時，部分光場泄漏于微光纖環(huán)形腔外圍的石墨烯薄膜中；所述石墨烯薄膜吸收泄漏的驅(qū)動光場，并通過光熱效應(yīng)產(chǎn)生歐姆熱能；所述石墨烯薄膜產(chǎn)生的歐姆熱能通過熱傳導(dǎo)的方式使微光纖環(huán)形腔的溫度升高；所述微光纖環(huán)形腔的溫度升高后通過熱光效應(yīng)發(fā)生折射率變化，從而石墨烯輔助微光纖環(huán)形腔的共振波長發(fā)生移動；所述信號光波長在石墨烯輔助微光纖環(huán)形腔的共振波段時，在腔內(nèi)發(fā)生共振，此時輸出光功率為最小；相反，信號光波長在非共振波段時，輸出光功率為最大；因此，通過驅(qū)動光調(diào)制石墨烯輔助微光纖環(huán)形腔的共振波長，可以控制信號光輸出光功率的大小，即可實現(xiàn)全光開關(guān)功能。

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案后，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：

1、石墨烯是一種二維單原子層材料，具有周期性排列的六角蜂窩狀結(jié)構(gòu)，這種特殊的二維結(jié)構(gòu)使其具有優(yōu)良的光、電、機(jī)械等特性。其中，石墨烯對光具有強(qiáng)烈的吸收，其單層原子薄膜對光的吸收率可高達(dá)2.3％。并且，擁有零帶隙電子結(jié)構(gòu)的石墨烯在吸收光子后，所激發(fā)的載流子不發(fā)生光子躍遷行為，而是將所吸收的光子能量完全轉(zhuǎn)化為歐姆熱能。因此，石墨烯具有高效的光熱效應(yīng)，并且所轉(zhuǎn)化的歐姆熱與光子能量成正比，有益于石墨烯輔助的微光纖環(huán)形腔全光開關(guān)的光能吸收和光熱轉(zhuǎn)化。