[发明专利]一种集成光纤的全光纤波长选择调制器与探测器

说明书

一种集成光纤的全光纤波长选择调制器与探测器，包括玻璃衬底，所述玻璃衬底上侧设置有去芯侧边抛磨光纤，所述去芯侧边抛磨光纤平坦区两侧设置有金属电极，所述去芯侧边抛磨光纤平坦区及所述金属电极上侧覆盖设置有石墨烯薄膜，所述石墨烯薄膜上层设置有聚甲基丙烯酸甲酯薄膜，本发明通过改变施加在两个金属电极两端的驱动电压，调控带有聚甲基丙烯酸甲酯薄膜的石墨烯薄膜对光纤中传输光强的吸收，从而实现波长选择的电光调制、光电探测等功能，结合了石墨烯薄膜与去芯侧边抛磨光纤波导结构，实现插入损耗低、波长选择调制、多功能化、结构简单等优点。

技术领域

本发明涉及光纤器件及光通信技术领域，尤其是涉及一种集成光纤的全光纤波长选择调制器与探测器。

背景技术

功能多样化的光电器件用于光通信技术中是未来的发展趋势，基于光纤波导结构的光纤器件同时具备光电探测、强度调制、偏振控制等功能拓展了单一器件的有效利用率。石墨烯作为一种具备卓越性能的二维材料，显著的光学、电学性质，高速的载流子迁移率等特性使其在功能化光电器件中有着绝佳的表现。

目前已有的类似全光纤器件往往只能实现单一的功能。如申请号为201120571231.X的专利公开了基于D型光纤的石墨烯电光调制器。结构上在D型光纤表面敷设有石墨烯薄膜，同时，在石墨烯薄膜的一端制备有金属电极及引线，在石墨烯薄膜上镀有一层绝缘层，所述绝缘层镀设在石墨烯薄膜上金属电极及引线旁边，绝缘层为三氧化铝或其它具有高介质电常数的绝缘层，金属电极及引线为导电性电极，导电性电极是Au或Pt。此专利的不足之处在于，由于结构上的缺陷，会使器件光利用率不高，使得偏振控制和光强调制的性能表现不佳。同时，无法预估其是否具备多功能特性。

发明内容

有鉴于此，本发明为解决上述问题，提供一种集成光纤的全光纤波长选择调制器与探测器，结合石墨烯薄膜、聚甲基丙烯酸甲酯薄膜与去芯侧边抛磨光纤波导结构、平行金属电极，使本发明具有波长选择的电光调制及光电探测功能而达到使用目的。

本发明采取的技术方案是，一种集成光纤的全光纤波长选择调制器与探测器，所述集成光纤的全光纤波长选择调制器与探测器包括玻璃衬底，所述玻璃衬底上侧设置有去芯侧边抛磨光纤，所述去芯侧边抛磨光纤的平坦区两侧设置有金属电极，所述平坦区及所述金属电极上侧覆盖设置有石墨烯薄膜，所述石墨烯薄膜上层设置有聚甲基丙烯酸甲酯薄膜。

在本技术方案中，使用的波导是去芯侧边抛磨光纤，去芯侧边抛磨光纤是用物理抛磨的方法使光纤的包层厚度减少到倏逝波场存在的区域，也就是磨掉光纤纤芯，形成了无纤芯结构传输光倏逝波场的“泄露窗口”。在此“泄露窗口”处，就存在利用倏逝波场来激发、控制、调制光纤纤芯中的传输光的可能。本专利使用的去芯侧边抛磨光纤相比有纤芯的侧边抛磨光纤，具有更强的消逝场,进一步增强了光纤传输光场与石墨烯薄膜耦合效率，从而增加光与石墨烯薄膜的作用强度；另外，与有纤芯的侧边抛磨光纤不同，本专利使用去芯侧边抛磨光纤传输光场与聚甲基丙烯酸甲酯薄膜产生波长选择性的共振耦合，进而形成波长选择性的光场与石墨烯薄膜相互作用，进而实现本专利所提出的光波长选择性调制效果，其次，石墨烯被设置于无芯侧边抛磨光纤与聚甲基丙烯酸甲酯薄膜之间，聚甲基丙烯酸甲酯薄膜比光纤折射率大，因此光纤传输光场中心被拉向聚甲基丙烯酸甲酯薄膜，进而进一步增强石墨烯与传输光场之间的相互作用，增强了电光调制的调制深度与调制效率，提高本专利电光调制的性能。最后，光与石墨烯薄膜的相互作用长度由平坦区以及石墨烯薄膜的长度决定，平坦区具有可以选择任意长度的优点；本专利直接在光纤上制备，避免了波导结构与光纤的耦合难题，插入损耗低，本专利集成在光纤上在光纤通信的过程中还可以实现在线监测的目的，且两金属电极位于所述平坦区两侧，上侧覆盖石墨烯薄膜，这种金属电极结构可以沿着光传输波导方向按需求长度可控的进行设计，有效长度越长，光与石墨烯薄膜耦合强度越大，这种结构被用来产生与可穿透材料样品和敏感涂层的电场相关的电容，起到高效控制的作用，通过将石墨烯薄膜与去芯侧边抛磨光纤直接接触，去芯侧边抛磨光纤中传播光直接与石墨烯薄膜耦合，并被石墨烯薄膜吸收发生作用。

优选地，所述平坦区的厚度为45um-50um。