基于石墨烯的全光调制器的研究进展

光学调制器作为重要的光无源器件,解决了将信号加载到光波的问题,而利用石墨烯卓越的光学性质,可实现光-光的全光调制。综述了基于石墨烯的全光调制器的研究进展,对比了不同类型石墨烯全光调制器的性能参数,展望了未来的研究方向。需不断更迭提取与制备工艺,将更多的参数作为评价指标,寻求全光通信领域的新突破。

0.73～1.7μm超宽带微纳光纤波导全光调制器

提出了单层石墨烯包裹双锥形微纳光纤复合波导结构,构建了730~1 700nm超宽带微纳光纤波导全光调制器。通过火焰拉锥法将一根标准的通信单模光纤拉成具有双锥形的微纳光纤,在保证通光率的前提下可以极大的提升微纳光纤处的倏逝波与物质的相互作用。利用石墨烯的"超级特征",即单原子层厚度、线性色散的能带结构、超强的载流子带间跃迁及极短的弛豫时间和超宽带光与物质相互作用等,将单层石墨烯作为可饱和吸收体,包裹在双锥形微纳光纤波导的锥体上,以增强该复合波导表面倏逝波与石墨烯的相互作用。静态和动态全光调制实验中采用传统808nm低功率LD作为泵浦光,对谱宽为480~1 700nm的超连续谱探测光实现了光光调制,其泵浦光功率低于50mW,调制深度大于5.7dB,调制速率达到~4kHz。该微纳光纤波导全光调制器,在保证调制深度的情况下,用更低的泵浦功率实现了超宽带的全光调制,以简单、有效、廉价的方式兼容了当前高速光纤通信网络,打开了一扇未来对微纳超快光信号处理的大门。

ZnSe／ZnS平板波导全光调制和电光调制特性

在室温，随着增加入射光强，我们首次在ＺｎＳｅ／ＺｎＳ平板被导中观测到由于“带填充”效应而引起的全光调制和由于施加电场而引起的电光调制特性．

金属纳米线阵列全光调制

提出一种基于长程表面等离子体的介质-金属纳米线阵列-非线性介质复合全光调制器.考虑克尔效应对折射率变化的影响,采用时域有限差分法分析了金属纳米线直径、介质层厚度和泵浦光强度对反射谱的影响,通过合理配置金属纳米线和介质层的参数提高调制器的耦合性能,并在此基础上分析不同强度泵浦光的反射特性.结果表明:当金属纳米线直径为40nm,介质层厚度为1 800nm时,全光调制器的模式耦合能力达到最强.反射谱的反射率与泵浦光强度的变化呈线性关系,相关系数为0.998 1,且只需要0.5GW/cm^2功率的泵浦光就能使入射光的反射率从0.015提高到0.82,较好地实现光信号对光的全光调制.

基于表面等离子体的金属-非线性介质复合结构的全光调制

针对传统的全光调制器件,提出了一种在金属-非线性介质复合结构中基于表面等离子体的高灵敏性、低泵浦光能量的全光调制方案。根据低入射光功率下激发表面等离子体局域零点能量起伏,改变金属邻近非线性介质的非线性折射率,影响表面等离子体模式的共振条件,从而实现对信号光的调控。

棱镜-波导耦合实现聚合物波导的全光调制

提出了一种基于改进的棱镜-波导耦合技术实现全光调制的方法．以有机聚合物热光效应为例,泵浦光从等腰三角棱镜顶端垂直入射到光波导上,这样泵浦光和探测光能较容易地耦合到应力点上,从而实现泵浦光对探测光的调制,验证了利用该装置实现全光调制的可行性．观测到基于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和蒽醌(An7)染料混合薄膜波导的热光效应的全光调制现象,随着泵浦光功率的增大,探测光功率线性减少,调制响应时间约为20 ms．该方法也可以用于具有更快响应时间的基于三阶非线性克尔效应的全光调制或全光开关．

拉曼增益对回音壁模式光学微腔的全光调制

基于光通信系统对于全光调制和全光开关等的需求,从理论上和实验上研究了拉曼增益对回音壁模式光学微腔系统共振模式的全光调制。理论分析表明,拉曼增益能够补偿回音壁模式光学微腔系统的损耗,进而改变微腔系统的耦合机制,在不对微腔系统做任何机械性移动的前提下实现对系统共振透射率的连续调制。实验中采用光纤锥耦合的二氧化硅微芯圆环腔,利用560μW的低功率泵浦光引发的拉曼散射,波长为1 545.7 nm的信号光实现了13.5 d B的调制度,使得系统的耦合机制由欠耦合转化为临界耦合。

基于石墨烯全光调制的主/被动调Q光纤激光器(特邀)

报道了一种基于石墨烯全光调制器的主/被动调Q光纤激光器。石墨烯调制器不仅可以作为激光腔中的被动调Q器件,还可以作为全光调制器件。引入另一束被周期性调制的激光通过石墨烯调制器,以改变石墨烯在激光腔内的饱和吸收特性实现对激光脉冲的调制。该石墨烯调Q激光器具有全光纤结构、重复频率精确可控等优点。在不改变激光器泵浦功率的情况下,通过主动改变调制光的重复频率,获得了与调制光重复频率一致的调Q脉冲输出。此外,调制器采用不同透过率的石墨烯薄膜获得了不同的调制深度,调制深度越大,输出脉冲的重复频率变化范围越大(最大范围为31.6~92.6 kHz),并且精确可调。这对选用合适调制深度的石墨烯调制器具有重要的参考意义。

基于石墨烯的宽带全光空间调制器

提出了单层石墨烯包裹微纳光纤的全光空间调制.石墨烯作为可饱和吸收体包裹在通过二氧化碳激光器加热制备的微纳光纤上,当信号光沿着微纳光纤传输时部分光将以倏逝场的形式沿着微纳光纤表面传递,并与石墨烯产生作用被吸收.同时将波长为808 nm的抽运光从空间垂直入射到石墨烯包裹的微纳光纤处,依据石墨烯的优先吸收特性,通过抽运光控制石墨烯对信号光的吸收,实现了宽带全光空间调制.在1095 nm波长处获得最大调制深度约为6 dB,调制带宽约为50 nm,调制速率约为1.5 kHz.空间全光调制器具有输出信号光"干净"的特点.与传统石墨烯微纳光纤全光调制器相比,输出端不需要对抽运光进行光学滤波而直接获得已调信号.该复合波导全光空间调制器以更为灵活、高效的方式打开了微纳超快信号处理的大门.

螺吡喃6-nitroBIPS掺杂聚苯乙烯膜的全光调制特性研究

测量了螺吡喃 1',3',3' trimethylindolino 6 nitrospirobenzopyran(6 nitroBIPS)掺杂聚苯乙烯薄膜在紫外光抽运前后的吸收光谱 ,利用其吸收光谱的显著改变 ,对 5 90nm探测光的全光调制特性进行了研究。对调制随染料掺杂浓度和紫外光激发能量的依赖性进行了测量 ,理论模拟得出其光化学反应量子效率为 0 2 4和螺吡喃光化学产物光半花菁在 5 90nm处的摩尔吸收系数为 2 0× 10 4Lmol- 1 cm- 1 。被调制信号的前沿和后沿时间常数分别约为 131ns和 18μs。

二维材料复合光纤调制器件研究进展

随着通信技术的快速发展和广泛应用,光纤通信以其高容量和低损耗的优势,已成为现代信息通信的基础。在光纤通信系统中,光调制器是实现光信号调制的关键器件之一,通常基于块状晶体的电学和光电子学器件。然而,这类器件会影响光在高密度传输过程中的质量,限制了光纤通信实现高速和高容量性能的潜力。为了解决这个问题,研究人员一直致力于开发全光纤器件,可以在不中断光纤传输过程的情况下对光信号进行调制、放大和检测。近年来,设计和制造了许多具有不同结构的新型光纤。其中,二维材料在光调制领域引起了人们的广泛关注,因为它们具有可以增强光与物质之间相互作用的独特性质。基于二维材料复合光纤的光纤型调制器有望为光纤通信带来新的机遇。在本文中,我们将介绍将二维材料与不同结构的光纤进行复合的各种方法,例如光纤端面复合、孔内壁复合、拉锥复合和侧剖复合。这些方法可以有效地整合二维材料和光纤的优势,创造出具有高性能和功能性的新型光调制器。我们还将举例介绍一些基于二维材料复合光纤的光调制器,例如基于MoS_(2)的全光波长调制器、基于石墨烯的电光吸收调制器和基于MXene的热光相位调制器。这些器件可以通过利用二维材料的光学、电学或热学性质来调制光信号的波长、强度或相位。这些器件可以通过改变二维材料折射率的实部和虚部来实现对光信号的调制。此外,我们还将总结二维材料复合光纤调制器在不同领域(如全光、电光和热光)的调制原理、过程和应用。我们将与基于块状晶体器件的传统光调制器进行优缺点比较,并讨论它们在提高光纤通信系统性能和效率方面的潜力。最后,我们将讨论二维材料复合光纤领域所面临的机遇和挑战,并提出未来研究方向和发展前景。

全光相位调制器的信号解调系统

为了提高全光相位调制器的信号解调性能,进行信号解调系统设计,针对当前的线性检波解调方式容易导致输出增益失真的问题,提出全光相位调制器的信号解调系统设计方法。系统包括了交流放大设计模块、滤波器模块、检波器模块、积分器模块、输出级阻抗匹配模块和调制解调模块等,两路全光相位调制信号经过放大、滤波、阻抗变换处理后送入A/D进行采样,采用差分放大模式进行交流放大,采用二阶级联检波方法进行信号检波设计,通过耦合自动增益控制实现失真补偿,提高信号的调制解调性能。系统调试结果表明,信号解调系统输出信号的滤波特性较好,峰值较高,调制信号输出的码元的误码率降低。

基于探针光调制的皮秒分辨X-ray探测方法与实验

高能密度物理研究中涉及许多单次皮秒现象的诊断测量,然而对单次X-ray脉冲形状、X-ray与激光脉冲的皮秒精度同步依然是极具挑战的课题.传统行波选通分幅相机受电子渡越时间限制,难以突破40 ps时间分辨极限.本文围绕半导体中光学探针光的全光调制效应,提出一种以低温GaAs材料为基础,实现皮秒时间分辨X-ray探测的新方法,详细阐述了该探测器的工作机理、器件参数设计和时间分辨能力.通过飞秒激光打靶实验,验证了其概念设计的正确性.结果表明该探测器具有约1.5 ps时间响应和10 ps时间分辨能力,通过材料优化可将时间分辨提升至1 ps以内.

Fe掺杂GaN的载流子动力学特性

【目的】在通信波段(1 310 nm和1 550nm)探究Fe掺GaN(GaN:Fe)晶体的超快载流子动力学特性,并从半导体能带角度阐述光生载流子的瞬态吸收和复合机制。【方法】利用飞秒瞬态超快吸收光谱结合半导体能带理论进行试验和理论的研究。【结果】实现了对GaN:Fe的“以光控光”的全光调制功能,试验拟合得到的光生载流子复合寿命,即光控开关时间可以缩短至10 ps以下,对应的全光调制速率可快至50 GHz。【结论】理论预测在0.5 mJ/cm2的超低泵浦能流下,GaN:Fe的光开关调制深度可高达50%,且不会受到Fe掺杂浓度的提高而降低。研究成果为过渡金属掺杂宽禁带半导体在未来集成光子器件领域的应用提供了重要参考。

石墨烯覆盖微纳光纤复合波导全光优先吸收特性

利用二氧化碳激光器加热法,将普通单模光纤拉制成微纳光纤,用湿法转移石墨烯覆盖在微纳光纤上构成复合波导,不同波长的光通过耦合器进入复合波导,以倏逝波的形式与石墨烯相互作用,开展石墨烯优先吸收特性的研究。当短波作为泵浦光时,随着入射强度的增长,测得输出端长波信号光光谱的变化,获得了约3.5dB的调制深度,0.62dB·mW^(-1)的调制效率。当长波作为泵浦光并改变入射光强时,在输出端测得作为信号光的短波透过率变化约1.9%。实验结果表明,随着任意波长泵浦光入射光强的增长,复合波导对其表现出优先吸收的特性。实验还测试了长波和短波分别经过复合波导后透过率随输入功率的变化,得出长波的透过率增加速度比短波更快,并从能带和倏逝波两方面作出了对应的理论分析。

基于半导体光放大器差分平衡控制的全光相位调制研究

不经过光电转换的全光相位调制是实现无电中继的相干通信的关键技术之一。半导体光放大器(Semiconductor Optical Amplifier,SOA)由于具有非线性系数高、体积小等优点成为全光相位调制系统的关键器件。但因SOA中交叉相位调制与交叉增益调制同时存在,使目前基于SOA的相位调制信号不可避免地产生功率起伏,影响了信号质量。为此,提出了一种利用差动平衡信号控制级联SOA的全光相位调制方案,分析了方案原理,并实验实现了全光相位调制,消除了相位调制过程中因SOA交叉增益调制效应产生的波形起伏,完成了原理验证。该调制方案对实现高阶编码格式的全光波长变换,提升网络的灵活性和扩展性具有重要意义。

任意波形脉冲泵浦下掺铒光纤的自发辐射

为了突破以往研究的波形局限,探究任意波形脉冲泵浦下掺铒光纤的自发辐射特性,从速率方程组出发,采用分时段计算的方法得到各能级粒子数及自发辐射平均功率的表达式.仿真和实验表明,泵浦光毛刺对自发辐射光的影响较小,具有类似"高频滤波"的特性;泵浦功率较大时自发辐射光的波形与泵浦波形接近,该研究结果可以用于光纤激光器的全光调制.理论分析与实验结果相符合,证明了理论的可靠性.

基于微纳光纤全光相位调制器的PGC解调系统

基于光源内调制法的相位生成载波(PGC)解调系统中存在因干涉仪臂差及光源快速调谐引入环境相位噪声和光源相位噪声等问题,为此,建立了基于微纳光纤全光相位调制器的新型PGC解调系统。为满足PGC解调技术应用要求,设计了基于光吸收致热效应的微纳光纤全光相位调制器,调制带宽可达10kHz以上。在此基础上,构建了光纤水听器PGC解调系统,并进行了模拟水声信号的测试解调研究。实验结果显示,该系统可以对3kHz以下水声信号的进行良好解调。

类黑磷锑烯的研究进展

近年来,层状黑磷纳米结构由于其优异的光电子特性,已在晶体管、光电和逻辑器件应用中显示出巨大潜力。然而,黑磷的高成本及其在自然环境中的快速降解这两个关键问题严重限制了其实际应用。随着半导体的飞跃发展,类黑磷材料因为其优异的光电性能和高化学稳定性为实际应用揭开了广阔的前景。文章详细阐述了新兴类黑磷锑烯纳米材料合成和形貌控制的最新进展,以及构建基于黑磷锑烯纳米材料高性能器件的最新进展,总结了最新研究成果并对黑磷锑烯纳米材料未来研究的前景进行了展望。