一种基于二维材料的非线性光纤及测试方法技术

本发明专利技术公开了一种基于二维材料的非线性光纤及测试方法，在所述光纤的至少部分表面上覆盖有二维材料薄膜；其中，所述二维材料薄膜通过直接生长的方法覆盖在所述光纤的至少部分表面上。相比采用二维材料薄膜涂覆或转移的方法制备的光纤，本发明专利技术的光纤中二维材料薄膜具有高质量和可重复性。本发明专利技术的基于二维材料的非线性光纤的测试方法，证明了基于二维材料的非线性光纤具有高的非线性信号。本发明专利技术通过集成高质量二维材料薄膜和光纤实现了高的非线性响应，且这种二维材料非线性光纤具有优良的全光纤集成能力，可广泛应用于光纤通信、频率转换和脉冲激光产生等领域。率转换和脉冲激光产生等领域。率转换和脉冲激光产生等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种基于二维材料的非线性光纤及测试方法


[0001]本专利技术涉及光纤技术和非线性光学领域，具体涉及一种基于二维材料的非线性光纤及测试方法。

技术介绍

[0002]自上世纪中叶光纤的概念被提出以来，得益于其宽频谱、低损耗、强抗干扰能力等诸多特性，光纤被广泛运用于现代通信系统及网络中，成为现代通信技术网络的重要根基和未来的重要发展方向。其中，光纤中的非线性效应也愈发引起了大家的研究兴趣，光束在光纤中传播时可以同时满足高功率密度和长相互作用距离的要求，大大提高了非线性信号产生的效率。但是，传统的熔融石英光纤由于纤芯材料极低的非线性，已经无法满足非线性光纤光学的需求。因此，近几十年来，基于元素掺杂(硫族元素等)、半导体材料填充以及光纤结构设计(悬空石英纤芯等)的方法被逐渐提出，实现了一些非线性光纤光学的应用，例如四波混频、拉曼移频、超连续光源产生等。这些方法存在填充元素非线性系数低以及光纤结构设计复杂的问题，因而不能得到广泛的应用。因此，急需一种可以实现高非线性且具有光纤兼容性的新型非线性光纤材料。
[0003]近年来，二维材料由于其原子层厚度的平面结构特征、优异的光电性质和超高的非线性系数，成为了研究的热点，被广泛应用于光电，光伏，光催化及非线性光学等领域。然而，在二维材料中，有限的光与物质相互作用长度，极大地限制了非线性信号强度。因此如何提高其相互作用强度成为二维材料实现实际的非线性光学应用的一个关键。得益于二维材料原子层厚度，使得其可以方便且高效的和光纤结构结合，但是传统的结合工艺一般是通过转移或涂覆技术实现，因此难以得到高性能且具有良好重复性的二维材料非线性光纤，无法满足实际的需求。

技术实现思路

[0004]针对以上现有技术中高非线性光纤遇到的问题，本专利技术的目的是为了提供一种直接生长的二维材料非线性光纤及测试方法。
[0005]本专利技术提供一种直接生长的二维材料的非线性光纤，在所述光纤的至少部分表面上覆盖有二维材料薄膜；
[0006]其中，所述二维材料薄膜通过直接生长的方法覆盖在所述光纤的至少部分表面上。
[0007]优选的是，所述直接生长的方法包括但不限于化学气相沉积、化学气相传输或物理气相沉积；
[0008]优选的是，所述直接生长的方法包括化学气相沉积；
[0009]优选的是，所述直接生长的方法包括如下步骤：
[0010]步骤一、将采用钼酸钠溶液浸润处理后的光纤和硫粉末放置于化学气相沉积反应炉中，通入惰性气体作为载气和保护气，维持管内压强至100-300Pa；
[0011]步骤二、控制光纤区域升温至60-150℃后，低压干燥20-60分钟，然后升温至750-850℃，此时硫粉末控制在120-150℃，开始进入生长阶段，生长时间为10-60分钟，生长结束后，关闭加热电源，得到二硫化钼非线性光纤；
[0012]优选的是，所述光纤放置于所述化学气相沉积反应炉的高温区，所述硫粉末放置于所述化学气相沉积反应炉的低温区，沿惰性气体流动的方向依次设置所述低温区和所述高温区且所述高温区与所述低温区间隔一定距离；
[0013]优选的是，所述二硫化钼非线性光纤的二次谐波信号相比于平面上单层二硫化钼二次谐波信号提高了300倍，所述二硫化钼非线性光纤的三次谐波信号相比于平面上单层二硫化钼三次谐波信号提高了330倍。
[0014]优选的是，所述光纤包括但不限于D型光纤、单孔光纤或多孔光子晶体光纤；
[0015]优选的是，所述光纤的纤芯为空芯或实芯；
[0016]所述的二维材料包括但不限于石墨烯、过渡金属硫族化合物、过渡金属碳化物、过渡金属氮化物、黑磷或二维半导体材料；
[0017]优选的是，所述二维材料薄膜覆盖在带孔光纤孔的内壁和/或光纤表面，或者所述二维材料薄膜覆盖在D型光纤的接近纤芯的侧剖面部分；
[0018]优选的是，所述二维材料薄膜的厚度为1-20层。
[0019]本专利技术还提供一种基于二维材料的非线性光纤的制备方法，所述方法包括如下步骤：
[0020]提供一根光纤；
[0021]在所述光纤的至少部分表面上覆盖二维材料薄膜；
[0022]其中，所述二维材料薄膜通过直接生长的方法覆盖在所述光纤的至少部分表面上。
[0023]优选的是，所述直接生长的方法包括但不限于化学气相沉积、化学气相传输或物理气相沉积；
[0024]优选的是，所述直接生长的方法包括化学气相沉积；
[0025]优选的是，所述直接生长的方法包括如下步骤：
[0026]步骤一、将采用钼酸钠溶液浸润处理后的光纤和硫粉末放置于化学气相沉积反应炉中，通入惰性气体作为载气和保护气，维持管内压强至100-300Pa；
[0027]步骤二、控制光纤区域升温至60-150℃后，低压干燥20-60分钟，然后升温至750-850℃，此时硫粉末控制在120-150℃，开始进入生长阶段，生长时间为10-60分钟，生长结束后，关闭加热电源，得到二硫化钼非线性光纤；
[0028]优选的是，所述光纤放置于所述化学气相沉积反应炉的高温区，所述硫粉末放置于所述化学气相沉积反应炉的低温区，沿惰性气体流动的方向依次设置所述低温区和所述高温区且所述高温区与所述低温区间隔一定距离；
[0029]优选的是，所述二硫化钼非线性光纤的二次谐波信号相比于平面上单层二硫化钼二次谐波信号提高了300倍，所述二硫化钼非线性光纤的三次谐波信号相比于平面上单层二硫化钼三次谐波信号提高了330倍。
[0030]优选的是，所述光纤包括但不限于D型光纤、单孔光纤或多孔光子晶体光纤；
[0031]优选的是，所述光纤的纤芯为空芯或实芯；
[0032]所述的二维材料包括但不限于石墨烯、过渡金属硫族化合物、过渡金属碳化物、过渡金属氮化物、黑磷或二维半导体材料；
[0033]优选的是，所述二维材料薄膜覆盖在带孔光纤孔的内壁和/或光纤表面，或者所述二维材料薄膜覆盖在D型光纤的接近纤芯的侧剖面部分；
[0034]优选的是，所述二维材料薄膜的厚度为1-20层。
[0035]本专利技术还提供一种二维材料非线性光纤的非线性信号测试装置，所述装置包括：脉冲激光光源、激发光滤色片、反射镜、聚焦物镜、白光照明光源、第一分光镜、第二分光镜、第一透镜、成像相机、收集物镜、信号光滤色片、第二透镜、光谱仪；被测二维材料非线性光纤样品放置于聚焦物镜和收集物镜之间；
[0036]其中，脉冲激光光源输出的激光经过激发光滤色片后由反射镜反射进入聚焦物镜的入瞳并聚焦在被测二维材料非线性光纤样品的一端纤芯处，白光照明光源发出的光经过第一分光镜反射后由聚焦物镜聚焦并照亮被测二维材料非线性光纤样品的一端，被测二维材料非线性光纤样品的一端反射的光依次经过第一分光镜、第二分光镜和第一透镜成像在成像相机上，被测二维材料非线性光纤样品产生的非线性信号从被测二维材料非线性光纤样品的另一端出射并依次经过收集物镜、信号光滤色片和第二透镜进入光谱仪中，得到非线性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于二维材料的非线性光纤，其特征在于，在所述光纤的至少部分表面上覆盖有二维材料薄膜；其中，所述二维材料薄膜通过直接生长的方法覆盖在所述光纤的至少部分表面上。2.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述直接生长的方法包括但不限于化学气相沉积、化学气相传输或物理气相沉积；优选的是，所述直接生长的方法包括化学气相沉积；优选的是，所述直接生长的方法包括如下步骤：步骤一、将采用钼酸钠溶液浸润处理后的光纤和硫粉末放置于化学气相沉积反应炉中，通入惰性气体作为载气和保护气，维持管内压强至100-300 Pa；步骤二、控制光纤区域升温至60-150℃后，低压干燥20-60分钟，然后升温至750-850℃，此时硫粉末控制在120-150℃，开始进入生长阶段，生长时间为10-60分钟，生长结束后，关闭加热电源，得到二硫化钼非线性光纤；优选的是，所述光纤放置于所述化学气相沉积反应炉的高温区，所述硫粉末放置于所述化学气相沉积反应炉的低温区，沿惰性气体流动的方向依次设置所述低温区和所述高温区且所述高温区与所述低温区间隔一定距离；优选的是，所述二硫化钼非线性光纤的二次谐波信号相比于平面上单层二硫化钼二次谐波信号提高了300倍，所述二硫化钼非线性光纤的三次谐波信号相比于平面上单层二硫化钼三次谐波信号提高了330倍。3.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述光纤包括但不限于D型光纤、单孔光纤或多孔光子晶体光纤；优选的是，所述光纤的纤芯为空芯或实芯；所述的二维材料包括但不限于石墨烯、过渡金属硫族化合物、过渡金属碳化物、过渡金属氮化物、黑磷或二维半导体材料；优选的是，所述二维材料薄膜覆盖在带孔光纤孔的内壁和/或光纤表面，或者所述二维材料薄膜覆盖在D型光纤的接近纤芯的侧剖面部分；优选的是，所述二维材料薄膜的厚度为1-20层。4.一种基于二维材料的非线性光纤的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：提供一根光纤；在所述光纤的至少部分表面上覆盖二维材料薄膜；其中，所述二维材料薄膜通过直接生长的方法覆盖在所述光纤的至少部分表面上。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述直接生长的方法包括但不限于化学气相沉积、化学气相传输或物理气相沉积；优选的是，所述直接生长的方法包括化学气相沉积；优选的是，所述直接生长的方法包括如下步骤：步骤一、将采用钼酸钠溶液浸润处理后的光纤和硫粉末放置于化学气相沉积反应炉中，通入惰性气体作为载气和保护气，维持管内压强至100-300 Pa；步骤二、控制光纤区域升温至60-150℃后，低压干燥20-60分钟，然后升温至750-850℃，此时硫粉末控制在120-150℃，开始进入生长阶段，生长时间为10-60分钟，生长结束后，关闭加热电源，得到二硫化钼非线性光纤；...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘开辉，于文韬，左勇刚，刘灿，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：