[發明專利]一種基于黑磷材料的全光相位調制器及其應用

在審

• 申請號: 201810294899.0
• 申請日: 2018-03-30
• 公開（公告）號: CN108594479A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: 張晗;王云征
• 申請（專利權）人: 張晗
• 主分類號: G02F1/01
• 分類號: G02F1/01
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;熊永強

本發明提供了一種基于黑磷材料的全光相位調制器，包括信號光源、泵浦光源、第一耦合器、調制臂、參考臂和第二耦合器；信號光源和泵浦光源分別用于產生信號光和泵浦光；其中一路信號光與泵浦光共同輸入調制臂進行處理，另一路信號光輸入參考臂進行處理；調制臂包括黑磷?光纖復合結構，黑磷?光纖復合結構包括功能化光纖和設置在功能化光纖上的黑磷材料層，經過黑磷?光纖復合結構處理的一路信號光和通過參考臂處理的另一路信號光同時進入第二耦合器中用于使兩路信號光會合并發生干涉。本發明提供的全光相位調制器實現了低損耗、寬帶寬的全光域內的光調制和信息加載，可應用于全光相移器、全光強度調制器、全光信號加載器或負邏輯系統領域。

技術領域

本發明涉及全光通信和全光信息處理領域，具體涉及一種基于黑磷材料的全光相位調制器及其應用。

背景技術

隨著通信容量和信息處理速度的不斷提升，傳統的電調制器由于其帶寬有限，功耗大等缺點，已經無法滿足日益增長的通信需求。而光調制器可以將調制信號加載到光波的振幅、相位、偏振或波長等參數上，由于其帶寬較寬，速度較快，因此成為光通信系統和光信息處理領域中的關鍵器件。目前光調制器主要有電光調制器和全光調制器，其中全光調制器是通過一束光來控制另一束光的通斷或轉換，它完全工作于光子學范疇中，而不需要外界施加電、熱、磁等物理影響，并且可以在光纖或波導結構中實現超快、低損耗和寬帶寬的信號加載，因此受到了越來越多的關注和研究。

全光調制器根據信號光的被控參量可以分為強度調制器、相位調制器和波長轉換器等，根據工作機理可以分為基于材料的飽和吸收特性、光學克爾效應、熱光效應、四波混頻效應和空間自相位調制等。其中，相位調制器能夠獲得更高的整體透過率和更大的調制深度，并且基于熱光效應的相位調制器具有操作簡單，全光纖化等優點。

目前有文章分別報道了基于石墨烯材料和過渡金屬硫族化物MoS₂的熱光效應的全光相位調制器。由于石墨烯的能帶結構是一個零帶隙的狄拉克錐，具有寬帶吸收的特點，因此對信號光的損耗比較大，不適合用于相位型光器件。而MoS₂只有在單層時才是直接帶隙半導體，而塊體和少層時均為間接帶隙半導體，并且光響應主要為可見光波段，這就限制了其在紅外波段尤其是光通信波段的應用。此外，MoS₂也具有較強的光吸收，因此會引入較大的插入損耗。

因此，有必要提供一種新的全光相位調制器。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供了一種基于黑磷材料的全光相位調制器，目的是為了實現低損耗、寬帶寬的全光域內的光調制和信息加載。

本發明第一方面提供了一種基于黑磷材料的全光相位調制器，包括信號光源、泵浦光源、第一耦合器、調制臂、參考臂以及與所述調制臂和所述參考臂連接的第二耦合器；

所述第一耦合器包括輸入端、A輸出端和B輸出端，所述輸入端與所述信號光源連接，所述A輸出端與所述調制臂連接，所述B輸出端與所述參考臂連接；所述信號光源和泵浦光源分別用于產生信號光和泵浦光；所述信號光通過所述輸入端進入所述第一耦合器，所述第一耦合器用于將所述信號光分成兩路；其中一路信號光通過所述A輸出端與所述泵浦光共同輸入所述調制臂進行處理，另一路信號光通過所述B輸出端輸入所述參考臂進行處理；所述調制臂包括黑磷-光纖復合結構，所述黑磷-光纖復合結構包括功能化光纖和設置在所述功能化光纖上的黑磷材料層，所述黑磷-光纖復合結構用于吸收所述泵浦光產生熱量，通過熱光效應改變所述信號光的相位；經過所述黑磷-光纖復合結構處理的一路信號光和經過所述參考臂處理的另一路信號光同時進入第二耦合器中用于使兩路信號光會合并發生干涉。

其中，所述功能化光纖包括微納光纖、D形光纖或光纖頭。

其中，所述黑磷材料層中包括經共價功能化的、表面配位的、保護性封裝的、金屬離子修飾的或氟化的黑磷材料。

其中，所述黑磷材料層中包括黑磷納米薄片，所述黑磷納米薄片的厚度為0.5-5nm。