專利名稱：石墨烯被覆表面芯光纖起偏器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種光纖通信和光纖傳感技術(shù)，具體地說(shuō)是一種石墨烯被覆表面芯光纖起偏器。
背景技術(shù)：
在高速光通信系統(tǒng)中，要求所用的無(wú)源光器件與偏振無(wú)關(guān)，即無(wú)源光器件對(duì)不同偏振狀態(tài)的光信號(hào)的響應(yīng)特性保持穩(wěn)定。但是由于材料本身的雙折射特性以及應(yīng)力等因素，在器件中傳輸?shù)膬蓚€(gè)正交模式的偏振態(tài)會(huì)發(fā)生耦合，導(dǎo)致一系列器件特性與偏振狀態(tài)相關(guān)聯(lián)。因此為了維持光波偏振態(tài)，發(fā)展保偏波導(dǎo)及其器件是相當(dāng)必要的，以保證器件傳輸時(shí)只傳輸一個(gè)偏振方向的光。保偏光纖起偏器是一種利用高雙折射光纖構(gòu)成的光纖偏振器，在光纖陀螺、光纖傳感器等應(yīng)用領(lǐng)域保偏光纖起偏器得到了廣泛的重視和研究。根據(jù)目前已有成品大致可分為四類第一類是利用鍍金屬膜的辦法吸收一個(gè)偏振分量；第二類是 高雙折射光纖構(gòu)成光纖起偏器。石墨烯是一種由碳原子形成的原子厚度尺寸蜂巢晶格結(jié)構(gòu)的二維平面薄膜。石墨烯具有常規(guī)材料不具備的光電特性，只有一個(gè)碳原子厚度的石墨烯最高電子遷移率在在室溫下也可達(dá)到40000cm2/V · s，而電阻率卻比銅或銀低。因?yàn)樗碾娮杪蕵O低，電子跑的速度極快，因此被期待可用來(lái)發(fā)展出更薄、導(dǎo)電速度更快的新一代電子元件或晶體管。單層石墨烯可以吸收2. 3%垂直入射到石墨烯表面的光，且不依賴于入射光的頻率，具有超寬帶寬特性，這是由于單層石墨烯不尋常的低能量電子結(jié)構(gòu)，在狄拉克點(diǎn)電子和空穴的圓錐形能帶相遇而產(chǎn)生的。它的高電子遷移率和零帶隙特性很適合用來(lái)制造新一代光電器件，如探測(cè)器、調(diào)制器、偏振器、太陽(yáng)能電池等。石墨烯是纖維集成光器件中一種極具應(yīng)用潛力的二維材料，可用于微納尺度光電器件的設(shè)計(jì)。利用側(cè)拋光纖側(cè)面被覆石墨烯實(shí)現(xiàn)起偏器已有報(bào)道(Nat. Photonics 2011,5(7),411-415)。但該起偏器是利用側(cè)拋光纖實(shí)現(xiàn),側(cè)拋光纖插損大,光纖表面散射損耗較大,其拋磨長(zhǎng)度、光纖表面質(zhì)量和其成品率都有待提高，工藝上還需進(jìn)一步完善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可以減小側(cè)拋等手段帶來(lái)的大插入損耗和表面高散射損耗，能實(shí)現(xiàn)不同偏振態(tài)的寬帶寬起偏的石墨烯被覆表面芯光纖起偏器。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的石墨烯被覆表面芯光纖起偏器是包括一段表面芯光纖1，在表面芯光纖的纖芯2表面涂覆有石墨烯薄膜3。本發(fā)明還可以包括I、在石墨烯薄膜3上涂覆有有折射率匹配的聚合物6。2、在表面芯光纖I中寫(xiě)有Bragg光柵結(jié)構(gòu)7。
3、石墨烯薄膜被覆長(zhǎng)度為I毫米-10毫米。4、所述石墨烯薄膜為單層或幾層石墨烯。5、所述聚合物是PMMA或紫外固化樹(shù)脂。表面芯光纖纖芯表面僅有石墨烯薄膜時(shí)，實(shí)現(xiàn)TE模式起偏；表面芯光纖纖芯表面依次涂覆石墨烯薄膜和折射率匹配的聚合物時(shí)，則可實(shí)現(xiàn)TM模式起偏。石墨烯是利用CVD方法進(jìn)行制備。表面芯光纖的纖芯可以是圓形2-1，也可以是半橢圓形2-2。寬帶起偏器前端與單模光纖8互聯(lián)是利用熔融焊接后進(jìn)行拉錐來(lái)實(shí)現(xiàn)，而器件后端為保證不影響器件的偏振特性，則采用端面對(duì)準(zhǔn)耦合技術(shù)。表面芯光纖中寫(xiě)入Bragg光柵結(jié)構(gòu)7則可實(shí)現(xiàn)反射式窄帶起偏。本發(fā)明的表面芯光纖及其石墨烯被覆功能器件，是實(shí)現(xiàn)TE/TM偏振寬帶和窄帶可調(diào)在線光纖偏振器。光纖纖芯位于包層邊界，泄漏到外界的倏逝場(chǎng)會(huì)較強(qiáng)，也使在纖芯表面做化學(xué)修飾和物理改變都非常方便。光纖結(jié)構(gòu)直接拉絲成形，與額外加工光纖表面相比，其 散射損耗小，器件插損會(huì)降低，對(duì)促進(jìn)我國(guó)新型光纖器件的發(fā)展具有十分重要的意義。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為I、利用表面芯光纖實(shí)現(xiàn)起偏器件，可以減小側(cè)拋等手段帶來(lái)的大插入損耗和表面高散射損耗；2、實(shí)現(xiàn)不同偏振態(tài)的寬帶寬起偏，通過(guò)控制纖芯裸露面積控制器件尺寸，可進(jìn)一步縮小器件尺寸，這對(duì)纖維集成光學(xué)具有重要意義。


圖I是表面芯光纖寬帶寬TE模起偏器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2(a)-圖2(b)是表面芯光纖橫截面示意圖，其中圖2 (a)的纖芯形狀是圓形、圖2(b)的纖芯形狀是半橢圓形；圖2(c)是表面芯光纖X軸方向的折射率分布；圖3是表面芯光纖寬帶寬TM模起偏器結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是帶有光柵結(jié)構(gòu)的表面芯光纖窄帶寬TE模起偏器結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是寬帶寬器件前端標(biāo)準(zhǔn)光纖與表面芯光纖熔融焊接示意圖；圖6是寬帶寬器件后端標(biāo)準(zhǔn)光纖與表面芯光纖互連示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述實(shí)施例I :結(jié)合圖I, 一種石墨烯被覆表面芯光纖TE模起偏器是由一段表面芯光纖I構(gòu)成，纖芯形狀是圓形2-1，表面芯光纖纖芯2表面僅有單層石墨烯薄膜3，即“nothing-on-graphene”結(jié)構(gòu),石墨烯薄膜被覆長(zhǎng)度10毫米,此時(shí)器件可實(shí)現(xiàn)TE模式寬帶起偏。其原理是非偏振寬帶光源4從器件一端入射，此時(shí)石墨烯總的動(dòng)態(tài)電導(dǎo)率虛部為負(fù)值，石墨烯可以支持損耗很小的TE模式，而TM模式也可以耦合到石墨烯中，但它類似于金屬膜中的表面等離子激元(SPP)其損耗較大，最終使TM模式的損耗比TE模式大。因此從石墨烯偏振器出來(lái)的光波5是TE偏振方向，即實(shí)現(xiàn)TE偏振模起偏。寬帶起偏器前端與單模光纖8互聯(lián)是利用熔融焊接后進(jìn)行拉錐來(lái)實(shí)現(xiàn)，而器件后端為保證不影響器件的偏振特性，則采用端面對(duì)準(zhǔn)耦合技術(shù)。實(shí)施例2 結(jié)合圖3, —種石墨烯被覆表面芯光纖TM模起偏器是由一段表面芯光纖I構(gòu)成,纖芯形狀是半橢圓形2-2，表面芯光纖纖芯2表面依次涂覆單層石墨烯薄膜3和紫外固化樹(shù)脂6，石墨烯薄膜和紫外固化樹(shù)脂被覆長(zhǎng)度為10毫米，此時(shí)器件可實(shí)現(xiàn)TM模式寬帶起偏。其原理是非偏振寬帶光源4從器件一端入射，石墨烯表面再進(jìn)行修飾可以增加石墨烯表面載流子密度，即增加了化學(xué)勢(shì)，此時(shí)石墨烯電導(dǎo)率的虛部為正數(shù)，石墨烯支持TM模式，TM模式的傳輸仍可類比于金屬-介質(zhì)界面的SPP表面波,而TE模式將被大大地?fù)p耗掉,此時(shí)TE模式的損耗遠(yuǎn)大于TM模式，因此從石墨烯偏振器出來(lái)的光波5是TM偏振方向，即體現(xiàn)TM起偏。寬帶起偏器前端與單模光纖8互聯(lián)是利用熔融焊接后進(jìn)行拉錐來(lái)實(shí)現(xiàn)，而器件后端為保證不影響器件的偏振特性，則采用端面對(duì)準(zhǔn)耦合技術(shù)。實(shí)施例3
結(jié)合圖4, 一種石墨烯被覆表面芯光纖TE模窄帶起偏器是由一段表面芯光纖I構(gòu)成，纖芯形狀是圓形2-1，表面芯光纖纖芯2表面有兩層石墨烯薄膜3，石墨烯薄膜被覆長(zhǎng)度7毫米，在石墨烯薄膜后端的光纖纖芯刻有Bragg光柵，此時(shí)器件可實(shí)現(xiàn)TE模式窄帶起偏。其原理是與實(shí)施例I類似，不同之處在于，光纖光柵器件引入到寬帶偏振器中，可實(shí)現(xiàn)窄帶濾波功能，且該器件是反射式結(jié)構(gòu)，石墨烯薄膜被覆長(zhǎng)度可縮短一半，器件尺寸可被進(jìn)一步縮小。起偏器前端與單模光纖8互聯(lián)是采用端面對(duì)準(zhǔn)耦合技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種石墨烯被覆表面芯光纖起偏器,包括一段表面芯光纖(I),其特征是在表面芯光纖的纖芯(2)表面涂覆有石墨烯薄膜(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的石墨烯被覆表面芯光纖起偏器，其特征是在石墨烯薄膜3上涂覆有有折射率匹配的聚合物(6)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的石墨烯被覆表面芯光纖起偏器，其特征是所述聚合物是PMMA或紫外固化樹(shù)脂。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的石墨烯被覆表面芯光纖起偏器，其特征是在表面芯光纖(I)中寫(xiě)有Bragg光柵結(jié)構(gòu)(7)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的石墨烯被覆表面芯光纖起偏器，其特征是石墨烯薄膜被覆長(zhǎng)度為I暈米_10暈米。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的石墨烯被覆表面芯光纖起偏器，其特征是石墨烯薄膜被覆長(zhǎng)度為I暈米_10暈米。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的石墨烯被覆表面芯光纖起偏器，其特征是所述石墨烯薄膜為單層或幾層石墨烯。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的石墨烯被覆表面芯光纖起偏器，其特征是所述石墨烯薄膜為單層或幾層石墨烯。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的石墨烯被覆表面芯光纖起偏器，其特征是所述石墨烯薄膜為單層或幾層石墨烯。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的石墨烯被覆表面芯光纖起偏器，其特征是所述石墨烯薄膜為單層或幾層石墨烯。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種石墨烯被覆表面芯光纖起偏器。包括一段表面芯光纖(1)，在表面芯光纖的纖芯(2)表面涂覆有石墨烯薄膜(3)。本發(fā)明的表面芯光纖及其石墨烯被覆功能器件。光纖纖芯位于包層邊界，泄漏到外界的倏逝場(chǎng)會(huì)較強(qiáng)，也使在纖芯表面做化學(xué)修飾和物理改變都非常方便。光纖結(jié)構(gòu)直接拉絲成形，與額外加工光纖表面相比，其散射損耗小，器件插損會(huì)降低，對(duì)促進(jìn)我國(guó)新型光纖器件的發(fā)展具有十分重要的意義。
文檔編號(hào)G02B6/27GK102866463SQ201210235899
公開(kāi)日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月9日
發(fā)明者關(guān)春穎, 苑立波, 田孝忠 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)