一種基于拓撲絕緣體的全光波長轉換器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于拓撲絕緣體的全光波長轉換器件，包括光纖，所述光纖的任意一段被制作成D形光纖或拉錐光纖；所述D形光纖的平面一側或拉錐光纖的腰錐體上設有拓撲絕緣體層；所述拓撲絕緣體層厚度為10～50nm。本發(fā)明的全光波長轉換器件結構簡單，制作工藝簡單，且噪聲指數(shù)低，不易受環(huán)境溫度的影響，穩(wěn)定性好。
【專利說明】一種基于拓撲絕緣體的全光波長轉換器件
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及光通信器件，特別是一種基于拓撲絕緣體的全光波長轉換器件，用于全光波長轉換。
【背景技術】
[0002]全光通信網(wǎng)絡能夠突破“光-電-光”轉換過程中電子瓶頸對速率的限制，充分利用光纖的巨大帶寬資源，一直是光通信夢想的通信網(wǎng)絡。全光信號處理技術是實現(xiàn)全光通信網(wǎng)絡的關鍵，涉及到傳輸、交換、路由、接入和業(yè)務處理等多個方面，具體技術涵蓋全光波長轉換、全光超寬帶信號產生等等。其中全光波長轉換技術在全光通信網(wǎng)絡中發(fā)揮關鍵性作用。波長轉換器能實現(xiàn)傳輸信息從一個波長到另一個波長的轉換；能實現(xiàn)波長的再利用，構成可任意擴展的波分復用網(wǎng)絡。
[0003]目前，波長轉換技術的主流實現(xiàn)方式是應用非線性器件中的非線性效應，主要包括利用交叉增益調制(XGM)，交叉相位調制(XPM)和四波混頻(FWM)來實現(xiàn)全光波長轉換。但交叉增益調制和交叉相位調制這兩種波長轉換方式只適用于強度調制的信號，所以只能達到有限透明，不能實現(xiàn)嚴格透明。其中，基于四波混頻效應的全光波長轉換技術主要是利用非線性光學中的三階非線性效應，能夠對信號的幅度、頻率和相位嚴格透明，故可以使波長轉換與信號的形式無關，是一種極具吸引力的全光波長轉換方案。
[0004]近些年來，半導體光放大器(SOA)作為典型的非線性器件，在全光信號處理中得到了廣泛的應用，利用SOA的四波混頻效應實現(xiàn)全光波長轉換等。但是，SOA與光纖的耦合損耗太大，噪聲指數(shù)高且易受環(huán)境溫度的影響，穩(wěn)定性較差。最近大量報道利用碳納米管及石墨烯材料的非線性器件實現(xiàn)波長轉換等，并成功將應用于光通信系統(tǒng)中。石墨烯材料具有制備簡單、成本低，高非線性等優(yōu)點，易于實現(xiàn)石墨烯非線性器件產業(yè)化。但石墨烯材料容易損傷，穩(wěn)定性較差，不利于器件的長時間工作。
[0005]拓撲絕緣體作為一種具有新奇量子特性的物質，典型代表是Bi2Te3、Bi2Se3以及Sb2Te3O拓撲絕緣體的表面態(tài)與石墨烯相似,其色散關系都可以由狄拉克方程來描述。相似的能帶結構也表明拓撲絕緣體具有與石墨烯類似的寬帶非線性特性。同時，相對于石墨烯，拓撲絕緣體具有更大的調制深度以及更高的穩(wěn)定性。
【發(fā)明內容】
[0006]本發(fā)明所要解決的技術問題是，針對現(xiàn)有技術不足，提供一種結構簡單、制作工藝簡單的基于拓撲絕緣體的全光波長轉換器件，利用倏逝波與拓撲絕緣體非線性作用體作用，產生四波混頻，從而實現(xiàn)全光波長轉換，解決SOA作為非線性器件時噪聲指數(shù)高且易受環(huán)境溫度的影響，穩(wěn)定性較差的問題。
[0007]為解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是:一種基于拓撲絕緣體的全光波長轉換器件，包括光纖，所述光纖的任意一段被制作成D形光纖或拉錐光纖；所述D形光纖的平面一側或拉錐光纖的腰錐體上設有拓撲絕緣體層；所述拓撲絕緣體層厚度為10?50nm ;所述D形光纖長度為3(T40mm ;所述拉錐光纖長度為15?20mm。
[0008]所述拓撲絕緣體層為拓撲絕緣體納米片，所述拓撲絕緣體納米片通過光學誘導的方法沉積在所述D形光纖的平面一側或拉錐光纖的腰錐體上，或者噴涂在所述D形光纖的平面一側或拉錐光纖的腰錐體上。
[0009]所述拓撲絕緣體層為拓撲絕緣體納米粒,所述拓撲絕緣體納米粒噴涂在所述D形光纖的平面一側或拉錐光纖的腰錐體上，或者通過光學誘導的方法沉積在所述D形光纖的平面一側或拉錐光纖的腰錐體上。
[0010]所述拓撲絕緣體層最優(yōu)厚度為10?20nm，保證轉換效率高。
[0011]所述拓撲絕緣體層材料為Bi2Se3、Bi2Te3、Sb2Te3中的一種。
[0012]所述光纖為單模光纖。
[0013]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明所具有的有益效果為:本發(fā)明利用拓撲絕緣體納米片/納米粒具有高非線性的特點，設計基于拓撲絕緣體的全光波長轉換器件。將拓撲絕緣體轉移至D形光纖剖面或者拉錐光纖拉錐面，通過倏逝波與拓撲絕緣體層傳輸時作用，產生四波混頻效應實現(xiàn)全光波長轉換；本發(fā)明的全光波長轉換器件，由于只采用普通單模光纖進行打磨或拉錐，結構簡單，拓撲絕緣體納米粒采用光誘導或噴涂的方法轉移至光纖上，制作工藝簡單。且拓撲絕緣體材料具有大的光學非線性特性以及較高的損傷閾值，利用倏逝波與拓撲絕緣體材料作用產生四波混頻效應制作的全光波長轉換器件具有噪聲指數(shù)低，不易受環(huán)境溫度的影響，穩(wěn)定性好的特點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明第一種實施例的透視圖；
圖2為本發(fā)明第二種實施例的主視圖。
【具體實施方式】
[0015]如圖1所示，本發(fā)明第一種實施例包括光纖1，所述光纖I的中部被制作成D形光纖2 ;所述D形光纖2的平面一側設有拓撲絕緣體層4 ;所述拓撲絕緣體層4厚度為10?50nm ;所述D形光纖2長度為30?40_。
[0016]第一種實施例中，拓撲絕緣體層4可以采用拓撲絕緣體納米片/納米粒，通過光學誘導的方法沉積至D形光纖4的剖面(平面一側)上；或者采用噴涂的方法將拓撲絕緣體納米片/納米粒噴涂在至D形光纖4的剖面(平面一側)上。
[0017]如圖2所示，本發(fā)明第二種實施例光纖1，所述光纖I的中部被制作成拉錐光纖3 ；所述拉錐光纖3的腰錐體上設有拓撲絕緣體層4 ;所述拓撲絕緣體層4厚度為10?50nm ；所述拉錐光纖3長度為15?20mm。
[0018]第二種實施例中，拓撲絕緣體層4可以采用拓撲絕緣體納米片/納米粒，通過光學誘導的方法沉積至拉錐光纖3的腰錐體上；或者采用噴涂的方法將拓撲絕緣體納米片/納米粒噴涂在拉錐光纖3的腰錐體上。
[0019]本發(fā)明中使用的光纖為單模光纖，其纖芯直徑為亞波長，D形光纖和拉錐光纖具有較強的倏逝波。其中拉錐光纖的纖芯直徑最小處小于2微米。
【權利要求】
1.一種基于拓撲絕緣體的全光波長轉換器件，包括光纖(1)，其特征在于，所述光纖(O的任意一段被制作成D形光纖(2)或拉錐光纖(3);所述D形光纖(2)的平面一側或拉錐光纖(3)的腰錐體上設有拓撲絕緣體層(4);所述拓撲絕緣體層(4)厚度為10?50nm ；所述D形光纖(2)長度為3(T40 mm ;所述拉錐光纖(3)長度為15?20 mm。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于拓撲絕緣體的全光波長轉換器件，其特征在于，所述拓撲絕緣體層(4)為拓撲絕緣體納米片，所述拓撲絕緣體納米片通過光學誘導的方法沉積在所述D形光纖(2)的平面一側或拉錐光纖(3)的腰錐體上，或者噴涂在所述D形光纖(2)的平面一側或拉錐光纖(3)的腰錐體上。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于拓撲絕緣體的全光波長轉換器件，其特征在于，所述拓撲絕緣體層(4)為拓撲絕緣體納米粒,所述拓撲絕緣體納米粒噴涂在所述D形光纖(2)的平面一側或拉錐光纖(3)的腰錐體上，或者通過光學誘導的方法沉積在所述D形光纖(2)的平面一側或拉錐光纖(3)的腰錐體上。
4.根據(jù)權利要求1?3之一所述的基于拓撲絕緣體的全光波長轉換器件，其特征在于，所述拓撲絕緣體層(4)厚度為10?20nm。
5.根據(jù)權利要求4所述的基于拓撲絕緣體的全光波長轉換器件，其特征在于，所述拓撲絕緣體層(4)材料為Bi2Se3、Bi2Te3、Sb2Te3中的一種。
6.根據(jù)權利要求5所述的基于拓撲絕緣體的全光波長轉換器件，其特征在于，所述光纖(I)為單模光纖。
【文檔編號】G02F1/365GK103472656SQ201310443132
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月26日 優(yōu)先權日:2013年9月26日
【發(fā)明者】陳書青, 李瑛 , 趙楚軍, 張晗, 文雙春 申請人:李瑛