一种光控太赫兹光纤调制器及其光振幅调制方法技术

本发明专利技术公开了一种光控太赫兹光纤调制器及其光振幅调制方法，该光控太赫兹光纤调制器包括：用来传输太赫兹波的太赫兹光纤，太赫兹光纤的侧边设置抛磨区域，侧边设置有抛磨区域的太赫兹光纤端面呈“D”型；抛磨区域上设置具有微纳结构的超材料，超材料上设置石墨烯，形成作为光调制结构的石墨烯

【技术实现步骤摘要】
一种光控太赫兹光纤调制器及其光振幅调制方法


[0001]本专利技术涉及太赫兹波调制
，具体涉及一种光控太赫兹光纤调制器及其光振幅调制方法。

技术介绍

[0002]太赫兹波是指频率范围位于0.1～10THz之间的一段电磁波，它的波长在 3mm～30um范围。在电磁波谱中，太赫兹波位于微波与远红外辐射之间。由于微波频率是电子学频率的上限，远红外辐射频率是光学频率的下限，因而也可以说太赫兹波位于电子学和光学波长范围之间。太赫兹科学是跨越了宏观电子学与微观光子学的一门新兴交叉学科，衔接了宏观经典电磁波理论和微观量子理论。由于太赫兹覆盖了包括凝聚态物质和生物大分子在内的各种振动的特征谱线，非常适合于鉴别物质的结构于种类；同时太赫兹波的光子能量较低，不会破坏生物组织，可应用于生物活体检测。正是由于太赫兹波在电磁波谱中位置特殊、性能优越，太赫兹技术在电子、信息、通信、生命、航天等研究领域都具有重要的学术价值和巨大的应用前景。
[0003]在太赫兹技术当中一种重要的技术就是太赫兹振幅调控。太赫兹波想要进一步发展，优异的高速太赫兹调控技术显得尤为重要。太赫兹幅度调制技术可以分为：电控调制技术、光控调制技术、温控调制技术和磁控调制技术等。而光控调制技术可以避免电控技术中的寄生阻抗影响，为实现快速调制提供了新的思路，应用潜力巨大。常规光控石墨烯太赫兹幅度调制器即采用空间光调制方式，在半导体基底上集成石墨烯，太赫兹波和泵浦光(可见光或近红外光)以垂直于石墨烯的方式入射，半导体材料产生光生载流子，进而对太赫兹波吸收，最终实现对太赫兹光的调制。但目前常规石墨烯光控太赫兹光纤调制器具有如下几个问题：(1)太赫兹光和外泵浦光直接垂直照射调制器，需要的光功率较高；(2)垂直入射光与物质相互作用长度短，限制了调制深度的提升；(3)电控方式受到大电阻电容时间常数影响；(4)太赫兹光在自由空间中调制，然而太赫兹光在自由空间中传输会被空气中的水分子强烈吸收，太赫兹波的损耗较高。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种光控太赫兹光纤调制器及其光振幅调制方法，以解决传统光控太赫兹光纤调制器调制深度低、调制速度低和自由空间调制致使太赫兹波损耗高的问题。
[0005]本专利技术的目的通过以下的技术方案实现：
[0006]一种光控太赫兹光纤调制器，包括：用来传输太赫兹波的太赫兹光纤，太赫兹光纤的侧边设置抛磨区域，侧边设置有抛磨区域的太赫兹光纤端面呈“D”型；抛磨区域上设置光调制结构。
[0007]优选地，抛磨区域上设置具有微纳结构的超材料，超材料上设置石墨烯，形成作为光调制结构的石墨烯
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超材料结构。
[0008]优选地，超材料为金属材料或者半导体材料，超材料的厚度为100～ 1000nm。
[0009]优选地，抛磨区域的深度为30～600um，抛磨区域的长度为5～30mm。
[0010]优选地，超材料为图形化阵列排列的周期性结构，图形为条带柱、方形柱、圆柱、环形柱的任意一种。
[0011]优选地，石墨烯为单层或N层，N>1。
[0012]优选地，太赫兹光纤直径为100～2000um，太赫兹光纤的材料为环烯烃聚合物，太赫兹光纤的中间区域是空气孔。
[0013]一种光控太赫兹光纤调制器的光振幅调制方法，包括：太赫兹波从太赫兹光纤的一端入射，太赫兹波从抛磨区域泄露，形成倏逝场，倏逝场与石墨烯
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超材料相互作用；同时，泵浦光从侧面照射抛磨区域，泵浦光照射到超材料上激发产生光声载流子浓度，光声载流子浓度扩散到石墨烯,使得石墨烯费米能级提高，石墨烯对太赫兹光的吸收特性增强，通过改变泵浦光的波长和/或功率，最终实现对太赫兹光幅度的高效调制。
[0014]优选地，光振幅调制方法，还包括：太赫兹波从太赫兹光纤的侧边抛磨区域泄漏出来，在超材料的谐振增强下，加强了太赫兹波与石墨烯的相互作用；侧边抛磨区域的长度大于太赫兹的波长和石墨烯的厚度，增加了太赫兹波与石墨烯的作用时间；外泵浦光使得石墨烯的太赫兹表面电导率发生变化，超材料增强了石墨烯与外泵浦光的作用，使得石墨烯对太赫兹波的吸收加强，最终实现高效的太赫兹调制。
[0015]本专利技术相对于现有技术具有如下优点：
[0016]本专利技术采用侧边抛磨太赫兹光纤结构，能有效降低太赫兹波在自由空间中的损耗，增大石墨烯与太赫兹波倏逝场的接触面积，提高了调制效率。泵浦光照射时，微纳米结构将泵浦光耦合进入超材料中，其局域电场增强效应能够有效激发超材料中的光生载流子，大量光生载流子扩散进入石墨烯中，使得石墨烯费米能级提高从而增强调制效果，本专利技术采用石墨烯作为调制媒介物质可有效提高太赫兹调制器的调制特性。在太赫兹波段，采用超材料制备的纳米周期性结构具有高谐振因子。谐振增强使得超材料与太赫兹光的相互作用得到有效加强。因此，本专利技术能有效改善其他自由空间太赫兹调制器的太赫兹波损耗问题，获得大调制深度、快调制速率和低泵浦光功率优异性能的，具有其突出显著的技术效果。
附图说明
[0017]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0018]图1为本专利技术实施例的光控太赫兹光纤调制器的结构示意图。
[0019]图2为本专利技术实施例的太赫兹光纤端面的结构示意图。
[0020]图3为本专利技术实施例的太赫兹光纤的侧边设置抛磨区域的结构示意图。
[0021]图4的(a)为本专利技术实施例的具有微纳结构的超材料的俯视图。
[0022]图4的(b)为本专利技术实施例的侧边设置有抛磨区域的太赫兹光纤端面的截面图。
[0023]图5为本专利技术实施例的单层石墨烯的结构示意图。
[0024]图6为本专利技术实施例的光控太赫兹光纤调制器的工作系统图。
[0025]图7为本专利技术实施例的光控太赫兹光纤调制器的输出频域图。
[0026]图标：1
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太赫兹光纤；2
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超材料；3
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单层石墨烯；4
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泵浦光；5
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空气孔； 6
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太赫兹光源；7
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泵浦光激光器；8
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太赫兹检测系统。
具体实施方式
[0027]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。
[0028]参见图1
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3、图4的(a)、图4的(b)、图5，一种光控太赫兹光纤调制器包括：用来传输太赫兹波的太赫兹光纤1，太赫兹光纤1的侧边设置抛磨区域，侧边设置有抛磨区域的太赫兹光纤1端面呈“D”型；抛磨区域上设置具有微纳结构的超材料2，超材料2上设置石墨烯3，形成作为光调制结构的石墨烯
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超材料结构，石墨烯3为单层或N层(少层)，N>1。该超材料2既增强外泵浦光4与石墨烯3相互作用，也增强太本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光控太赫兹光纤调制器，其特征在于，包括：用来传输太赫兹波的太赫兹光纤，太赫兹光纤的侧边设置抛磨区域，侧边设置有抛磨区域的太赫兹光纤端面呈“D”型；抛磨区域上设置光调制结构。2.根据权利要求1所述的光控太赫兹光纤调制器，其特征在于，抛磨区域上设置具有微纳结构的超材料，超材料上设置石墨烯，形成作为光调制结构的石墨烯
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超材料结构。3.根据权利要求2所述的光控太赫兹光纤调制器，其特征在于，超材料为金属材料或者半导体材料，超材料的厚度为100～1000nm。4.根据权利要求3所述的光控太赫兹光纤调制器，其特征在于，抛磨区域的深度为30～600um，抛磨区域的长度为5～30mm。5.根据权利要求2所述的光控太赫兹光纤调制器，其特征在于，超材料为图形化阵列排列的周期性结构，结构为条带柱、方形柱、圆柱、环形柱、多边形柱的任意一种。6.根据权利要求2所述的光控太赫兹光纤调制器，其特征在于，石墨烯为单层或N层，N>1。7.根据权利要求1所述的光控太赫兹光纤调制器，其特征在于，太赫兹光纤直...

【专利技术属性】
技术研发人员：关贺元，卢惠辉，陈立均，吴岱，李鹏，丘文涛，陈哲，王建新，韩鑫洋，明经渊，梁爱杰，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：