[发明专利]基于硼烯-微纳光纤混合波导的全光波长转换器

说明书

基于硼烯‑微纳光纤混合波导的全光波长转换器，属于光信息技术领域，为解决现有全光波长转换器中转换效率低、可调谐带宽窄的问题，可调谐光纤激光器接信号调制结构携带信息作为信号光源，与第一耦合器的a端连接；分布式反馈激光器为泵浦光连接偏振控制器后与第一耦合器的b端连接；第一耦合器公共端c端与偏振控制器掺铒光纤放大器次连接；掺铒光纤放大器硼烯‑微纳光纤复合结构连接；硼烯‑微纳光纤复合结构第二耦合器d端连接，第二耦合器e端输出与光谱仪连接，测量光谱；第二耦合器的f端通过可调谐衰减器与带宽可调滤波器连接，输入到光谱仪和示波器。采用硼烯‑微纳光纤复合结构提高波长转换效率。应用到全光波长转换领域利于小型集成化。

技术领域

本发明涉及一种基于硼烯-微纳光纤混合波导的全光波长转换器，属于光信息技术领域。

背景技术

在如今大容量高带宽的光通信系统中，器件的微型化和集成化成为科学研究和技术应用的趋势之一。微纳光纤是微纳尺度上的玻璃细线，基于微纳光纤的光子器件拥有独特的功能，损耗比其他微纳波导都小，这有利于实现长距离的光与波导材料的相互作用。微纳光纤可以将传导光约束在波长甚至亚波长量级，在空气中有很强的倏逝场，且所占的分额随微纳光纤直径的减小而增大。基于这个特性，微纳光纤周围的倏逝场可以通过与原子或者微粒的相互作用而实现对微纳光纤透射特性的调控。目前微纳光纤的应用研究包括滤波器，激光器，干涉器件，传感器，磁光调制器等。

二维材料与微纳光纤领域几乎是同时兴起的，经过十多年的发展，两个领域都取得了丰富的研究成果。以石墨烯为代表的二维材料,由于具有优异的电学、光学、热学、力学甚至化学特性,并在基础物理研究和光电子器件应用中起着重要角色；而微纳光纤作为光纤光学与纳米技术的连接桥梁,实现了微米尺度甚至纳米尺度光-物质相互作用,在传感、非线性光学、量子光学等领域有着重要应用。

在光电信号的转换过程中，调制器和光电探测器会受到调制和探测速率的限制。全光波长转换可以充分利用光纤高达的巨大带宽容量，在光域中实现信号的传输和转换，避免光-电-光的转换。全光波长转换技术在网络冲突的解决、同步、分组头置换以及组定位机制等方面对网络的性能有着非常重要的作用,是当前全光网络中的研究热点。利用微纳光纤中存在的自相位调制(XPM)和交叉相位调制(FWM)等非线性效应，可以制成光纤全光波长转换器，实现高调制速率的波长变换。将二维材料和微光纤领域相结合，可以利用二维材料的优势特性来弥补石英光纤的不足之处。目前，基于二维材料微纳光纤混合波导的全光波长转换器主要是基于四波混频效应实现的。基于四波混频的全光波长转换器很早就提出来了，但受转化效率、转换质量等影响，效果并不理想，其中核心问题在于非线性介质。目前研究最多的是高非线性色散位移光纤，基于其优异的非线性特性，最高可实现-10.49dB的转化效率，但需要长距离光纤才能实现，在实际生产过程中不利于小型集成化，因此二维材料微纳光纤混合波导的出现将解决这个问题。

四波混频是光纤通信系统中经常出现的一种现象。在两个或多个光场经过介质传输时，会有新的频率成分出现。在波分复用系统中，由于四波混频容易导致信号串扰，影响通信质量，所以一般通信系统中四波混频是有害的。但四波混频也有有利的一面，基于四波混频过程的超快响应，人们将其应用到超快信号处理领域，全光波长转换就是诸多应用之一。基于四波混频的全光波长转换技术是唯一可以实现完全透明转换的技术。这种技术一般转换波长范围都比较宽，可以在完整保留信号光信息的情况下，实现高速全光信号转换。而且转换信号即可是模拟信号，也可是数字信号。但这种技术也存在缺陷，其转换效率并不高，对泵浦光和信号光的功率、偏振、波长间距等要求较高，如何降低波长转换所需阈值是急需解决的问题。

发明内容

本发明为解决现有全光波长转换器中转换效率低、可调谐带宽窄的问题，提出一种基于硼烯-微纳光纤混合波导的全光波长转换器。对信号光加载调制速率为1Gb/s非归零编码信号，实现了-19.3dB的高转换效率，对应6.9nm的3dB调谐带宽。推动了二维材料作为非线性光学器件的发展。

本发明采用以下技术方案：