[发明专利]基于石墨烯的改进型Mach-Zehnder电光调制器

说明书

技术领域

本发明涉及光学仪器，尤其是基于石墨烯的改进型Mach-Zehnder电光调制器。

背景技术

Mach-Zehnder电光调制器是一种常用的干涉型外调制器。其调制输出光为两个调制臂光场相互干涉的结果。现有Mach-Zehnder电光调制器所能获得的信号点在其信号空间星座图上只能位于一个圆环上。受限于此，随着信号点的增加，信号点之间的欧氏距离将迅速减小，难以再增加更多的信号点，限制了光纤通信系统的传输速率和容量。

石墨烯(graphene)是由碳原子构成的二维晶体，是其它碳材料同素异形体的基本构成单元。将石墨烯施加不同电压，石墨烯中电子的能量（费米能级）会改变，并影响对光子吸收的特性。目前，基于石墨烯的电光调制器已经见诸报道（参见Ming Liu et.al, “A grapheme-based broadband optical modulator,” Nature No. 474, pp. 64-67, 2011）。这种调制方式仅调制光场幅度，信号点都在一个维度上，在同等信噪水平下，所能提供的信号点小于多维信号调制。

发明内容

为了解决现有Mach-Zehnder调制器和石墨烯电光调制器无法同时实现导波光电场幅度和相位同时调制的问题，本发明提出一种基于石墨烯的改进型Mach-Zehnder电光调制器，以增加更多的信号点，进一步提高光通信系统的速率和容量。

为达到以上目的，本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种基于石墨烯的改进型Mach-Zehnder电光调制器，包括Mach-Zehnder电光调制器双臂相位调制与干涉系统，在Mach-Zehnder电光调制器双臂上分别设有石墨烯薄膜和石墨烯薄膜电极。所述干涉系统包括上调制臂上设有上调制臂电压V₁(t)，下调制臂上设有下调制臂电压V₂(t)。

通过石墨烯薄膜电极在石墨烯薄膜上加载电场，通过电场的改变引起石墨烯薄膜对调制臂内光场能量吸收的变化，从而对调制臂内导波光的幅度和相位进行调制。

本发明所述石墨烯薄膜覆盖在Mach-Zehnder电光调制器双臂上，并与石墨烯薄膜电极连接。上调制臂的石墨烯薄膜上设有石墨烯薄膜电极P1和P2, 下调制臂的石墨烯薄膜上设有石墨烯薄膜电极P3和P4。所述石墨烯薄膜电极连接在石墨烯薄膜上。所述电场的方向在由Mach-Zehnder电光调制器上调制臂和下调制臂所共同确定的平面内。采用以上技术方案后，本发明的有益效果是：该改进型Mach-Zehnder电光调制器可以选择任意P个导波光电场振幅和Q个相位来构成一个R=P*Q的组合幅度和相位调制。利用石墨烯的快速响应特性，能进一步提高现有光纤通信系统的传输速率和容量，在相同的最小欧氏距离下，可以提供更多的信号点。

附图说明

图1为本发明的原理示意图。

图2为本发明实施例的示意图。

具体实施方式

实施例1：根据图1所示，本发明一种基于石墨烯的改进型Mach-Zehnder电光调制器，包括Mach-Zehnder电光调制器双臂相位调制与干涉系统(即上调制臂3，下调制臂4，上调制臂电压V₁(t)，下调制臂电压V₂(t))Mach-Zehnder电光调制器双臂上分别设有石墨烯薄膜和石墨烯薄膜电极，通过石墨烯薄膜电极在石墨烯薄膜上加载电场，通过电场的改变引起石墨烯薄膜对调制臂内光场能量吸收的变化，从而对调制臂内导波光的幅度和相位进行调制。

本发明所述石墨烯薄膜覆盖在Mach-Zehnder电光调制器双臂上，并与石墨烯薄膜电极连接。所述石墨烯薄膜电极连接在石墨烯薄膜上。上调制臂3的石墨烯薄膜1上设有石墨烯薄膜电极P1和P2, 下调制臂4的石墨烯薄膜2上设有石墨烯薄膜电极P3和P4。所述电场的方向在由Mach-Zehnder电光调制器上调制臂3和下调制臂4所共同确定的平面内。

如果：

l                                                      代表入射光电场函数；

l       代表在石墨烯薄膜1上建立的在xz平面上的幅度调制电场函数；

l       代表在石墨烯薄膜2上建立的在xz平面上的幅度调制电场函数；

l       代表在Mach-Zehnder电光调制器上调制臂3上加载的入射光电场相位调制电压函数；