一种基于黑磷的在线光纤偏振器及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种基于黑磷的在线光纤偏振器，包括D型光纤和黑磷薄膜层，所述D型光纤包括一D型凹槽，所述黑磷薄膜层完全覆盖所述D型凹槽底部，所述D型光纤包括埋入型D型光纤，裸露型D型光纤或突出型D型光纤。本发明专利技术光纤偏振器利用光纤与黑磷材料的耦合作用，可使光纤入射端的入射光从光纤耦合进黑磷原子平面中，实现TE模式偏振光的高效传播，并可通过改变黑磷材料的层数和黑磷薄膜层沿光纤传播方向的长度，而获得从光纤出射端不同波长的线偏振光输出，实现从可见光到中红外波段的宽带工作，且偏振消光比较高。本发明专利技术还提供了该基于黑磷的在线光纤偏振器的制备方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光电子
，特别是涉及一种基于黑磷的在线光纤偏振器。
技术介绍
偏振器是只允许沿某一特定方向的光通过的光学器件，偏振器的主要特点是是利用材料或者光纤的特殊结构可以使入射光变为线偏振光。传统的偏振器可以分成三种：第一种是利用各向异性吸收介质制作的偏振片，这种偏振片的制备采用两向色性的有机晶体，将晶体在碘溶液中浸泡，在高温下拉伸并烘干后,然后粘在两个玻璃片之间即可制成，制成的膜片对不同方向的光振动有选择吸收的性能，当一束自然光射到膜片上时，与某一特殊方向垂直的光振动分量完全被吸收，只让平行于该方向的光振动分量通过，出射光变为线偏振光，因而起到偏振器的作用；第二种是棱镜偏振器，利用光的全反射原理与晶体的双折射现象，制成的尼克尔棱镜可作为偏振器使用；第三种是布鲁斯特角偏振器。利用入射光与介质正好成布鲁斯特角时，反射光为完全线偏振光的原理，由许多表面互相平行的玻璃片制成玻片堆。当入射的自然光以布儒斯特角入射时，垂直于入射面的振动分量在每个界面上均要发生反射，而平行于入射面的振动分量则完全不能反射，因此从玻片堆透出的光基本上只包含平行分量，可作为偏振器使用。上述的三种偏振器的共同缺点是集成性较差，无法简单的集成到光学电路中，难以应用到光纤通信系统里，而且传统的光纤偏振器通常工作波长范围小，无法实现从可见光覆盖到中红外波段的工作，偏振消光比较低。近年开发出的在线光纤偏振器因为其与光纤系统的兼容性好，有望广泛应用于光纤通信系统中。光纤偏振器是利用特殊的光纤结构使入射光变为线偏振光的光器件。将普通单模光纤嵌入石英块中有一定曲率的沟槽内，磨抛去掉部分包层使光纤具D形截面，磨抛平面与光纤芯区保留一定厚度的残留包层，而后在其上真空蒸镀介质薄层或者金属薄层，即可制成光纤偏振器。普通单模光纤中的光可分解成电场相互正交的两个线偏振成分，二者经过光纤偏振器时损耗不同，电场方向垂直于光纤的磨抛平面的偏振成分被蒸镀介质薄层或者金属层吸收，而电场在磨抛面内的偏振成分几乎无损耗地通过，即可实现偏振器的功能。在传统的二维电子系统中，金属与电介质之间的连接面横向TE模式是被禁止的，只有横向TM模式可以通过。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术第一方面旨在提供一种基于黑磷的在线光纤偏振器，其能高效传导TE模式偏振光，具有较宽工作波长范围，可实现从可见光到中红外波段的宽度工作，且偏振消光比高。具体地，本专利技术第一方面提供了一种基于黑磷的在线光纤偏振器，包括D型光纤和黑磷薄膜层，所述D型光纤包括一D型凹槽，所述黑磷薄膜层完全覆盖所述D型凹槽底部，所述D型光纤包括埋入型D型光纤，裸露型D型光纤或突出型D型光纤。本专利技术第一方面中，所述D型光纤由单模光纤抛磨形成，所述D型凹槽在所述光纤传播方向上的长度为3-5mm。所述D型光纤可以是埋入型D型光纤，裸露型D型光纤或突出型D型光纤，即所述D型凹槽的深度不限，足够能放置黑磷材料即可，可选地，D型凹槽的底部(即磨抛平面)可以是刚好到达纤芯(即纤芯刚好露出)，或到达光纤直径的一半(即到纤芯的一半)，所述D型凹槽底面平整。本专利技术第一方面中，所述黑磷薄膜层的厚度为1-2000nm。本专利技术第一方面中，所述黑磷薄膜层通过将黑磷材料设置于所述D型凹槽底部获得，所述黑磷材料为单层或多层黑磷。本专利技术第一方面中，所述D型凹槽进一步采用封装胶进行封装，所述封装胶为低折射率紫外胶。本专利技术第一方面中，所述光纤偏振器的工作波长范围为500nm-3000nm，偏振消光比为20-27db。本专利技术第一方面提供的一种基于黑磷的在线光纤偏振器，利用光纤与黑磷材料的耦合作用，可使光纤入射端的入射光从光纤耦合进黑磷原子平面中，实现TE模式偏振光的高效传播，并可通过改变黑磷材料的层数和黑磷薄膜层沿光纤传播方向的长度，而获得从光纤出射端不同波长的线偏振光输出，实现从可见光到中红外波段的宽带工作，且偏振消光比较高。第二方面，本专利技术提供了一种基于黑磷的在线光纤偏振器的制备方法，包括如下步骤：取一D型光纤，所述D型光纤包括一D型凹槽，所述D型光纤包括埋入型D型光纤，裸露型D型光纤或突出型D型光纤；将黑磷材料设置于所述D型凹槽中，得到黑磷薄膜层，即得到基于黑磷的在线光纤偏振器，所述黑磷薄膜层完全覆盖所述D型凹槽底部。本专利技术第二方面中，所述D型光纤由单模光纤抛磨形成，所述D型凹槽在所述光纤传播方向上的长度为3-5mm；所述D型光纤包括埋入型D型光纤，裸露型D型光纤或突出型D型光纤，即所述D型凹槽的深度不限，足够能放置黑磷材料即可，可选地，D型凹槽的底部可以是刚好到达纤芯(即纤芯刚好露出)，或到达光纤直径的一半(即到纤芯的一半)，所述D型凹槽底面平整。本专利技术第二方面中，所述黑磷材料为单层或多层黑磷，所述黑磷薄膜层的厚度为1-2000nm。所述黑磷材料通过机械剥离或液相剥离的方法获得，如利用碱性溶液液相剥离黑磷块材，得到薄层黑磷材料或单层黑磷材料(黑磷烯)。本专利技术第二方面中，进一步地，将封装胶涂覆在所述黑磷薄膜层上，对所述D型凹槽进行封装，所述封装胶为低折射率紫外胶。本专利技术第二方面中，所述光纤偏振器的工作波长范围为500nm-3000nm，偏振消光比为20-27db。本专利技术第二方面提供的基于黑磷的在线光纤偏振器的制备方法，工艺简单，直接在光纤上制作便可获得所需光纤偏振器，通过设置不同层数黑磷材料和不同长度黑磷薄膜层，即可获得工作波长从可见光覆盖到中红外波段，具有不同偏振效果的基于黑磷的在线光纤偏振器。本专利技术的优点将会在下面的说明书中部分阐明，一部分根据说明书是显而易见的，或者可以通过本专利技术实施例的实施而获知。附图说明图1为本专利技术实施例的基于黑磷的在线光纤偏振器的结构示意图；图2为本专利技术实施例的基于黑磷的在线光纤偏振器中D型凹槽部分的截面图；图3为本专利技术实施例的基于黑磷的在线光纤偏振器在不同区域的光偏振态示意图。具体实施方式以下所述是本专利技术实施例的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术实施例原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本专利技术实施例的保护范围。请参阅图1、图2、图3，图中，1为光纤入射端，2为光纤出射端，3为D型凹槽，4为黑磷薄膜层，5为光纤纤芯，6为光纤包层。本专利技术实施方式中，基于黑磷的在线光纤偏振器以单模光纤为基础，其中间部分经过抛磨处理去掉部分包层6，形成底面平整的D型凹槽3，即得到D型光纤，然后将黑磷材料设置到D型凹槽3内，所述黑磷薄膜层完全覆盖所述D型凹槽3底部。本专利技术实施方式中，所述D型凹槽3的深度不限，足够能放置黑磷材料即可。具体地，所述D型光纤可以是埋入型D型光纤，即抛磨时，使抛磨表面(D型凹槽底部)与纤芯5之间保留一定厚度包层；也可以是裸露型D型光纤，即抛磨时，使抛磨表面刚好到达纤芯5，纤芯5刚好露出表面；也可以是突出型D型光纤(如D型凹槽的底部到达光纤直径的一半，即到纤芯的一半)。D型凹槽3作为光纤到黑磷材料的耦合装置，可使入射光从光纤耦合进黑磷原子平面中。在实际工作中，偏振方向不固定的入射光从入射端1导入黑磷薄膜层3，偏振方向随其在黑磷薄膜上传播发生变化，最终由出射端3导出，得到线偏振出射光。本专利技术实施方式中，D型凹槽3在光纤传播方向上的长度为3-5毫米。即黑磷材料在光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于黑磷的在线光纤偏振器，其特征在于，包括D型光纤和黑磷薄膜层，所述D型光纤包括一D型凹槽，所述黑磷薄膜层完全覆盖所述D型凹槽底部，所述D型光纤包括埋入型D型光纤，裸露型D型光纤或突出型D型光纤。

【技术特征摘要】
1.一种基于黑磷的在线光纤偏振器，其特征在于，包括D型光纤和黑磷薄膜层，所述D型光纤包括一D型凹槽，所述黑磷薄膜层完全覆盖所述D型凹槽底部，所述D型光纤包括埋入型D型光纤，裸露型D型光纤或突出型D型光纤。2.如权利要求1所述的光纤偏振器，其特征在于，所述D型凹槽在所述光纤传播方向上的长度为3-5mm。3.如权利要求1所述的光纤偏振器，其特征在于，所述黑磷薄膜层的厚度为1-2000nm。4.如权利要求1所述的光纤偏振器，其特征在于，所述黑磷薄膜层通过将黑磷材料设置于所述D型凹槽底部获得，所述黑磷材料为单层或多层黑磷。5.如权利要求1所述的光纤偏振器，其特征在于，所述D型凹槽进一步采用封装胶进行封装，所述封装胶为低折射率紫外胶。6.如权利要求1所述的光纤偏振器，其特征在于，所述光纤偏振器的工作波长范围为500nm-3...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晗，宋宇锋，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44