专利摘要

专利摘要

一种全光调制装置及其操作方法，全光调制器包括第一波分复用器、第一偏振控制器、光纤连接器、第二波分复用器、第二偏振控制器和起偏器，所述的光纤连接器是夹持有硫化钨水溶性薄膜的光纤连接器，所述的第一波分复用器、第一偏振控制器、光纤连接器、第二波分复用器、第二偏振控制器和起偏器通过单模光纤依次连接。本发明采用具有厚度变化的硫化钨‑PVA薄膜，并结合光纤中偏振干涉额的方法来实现全光调制，该装置是一种可兼容光纤系统、具有低成本、结构紧凑的全光调制装置。

权利要求

1.一种全光调制装置，包括第一波分复用器(1)、第一偏振控制器(2)、光纤连接器(3)、第二波分复用器(4)、第二偏振控制器(5)和起偏器(6)，其特征在于所述的光纤连接器(3)是夹持有硫化钨水溶性薄膜的光纤连接器，所述的第一波分复用器(1)、第一偏振控制器(2)、光纤连接器(3)、第二波分复用器(4)、第二偏振控制器(5)和起偏器(6)通过单模光纤依次连接，所述的第一波分复用器的第一输入端为980nm控制光输入端，第二输入端为1550nm信号光输入端，所述的第二波分复用器(4)的第二输出端为控制光的输出端，所述的起偏器(6)的输出端为本全光调制装置的1550nm信号输出端。

2.根据权利要求1所述的全光调制装置，其特征在于所述的夹持硫化钨水溶性薄膜的光纤连接器是两个单模光纤夹持有硫化钨水溶性薄膜的FC/APC连接器。

3.根据权利要求1所述的全光调制装置，其特征在于所述的980nm控制光是功率恒定的连续光，或脉冲光。

4.根据权利要求1所述的全光调制装置，其特征在于所述的980nm控制光波长的变化范围为974nm～982nm。

5.根据权利要求1所述的全光调制装置，其特征在于所述的1550nm信号光波长的变化范围为1530nm～1590nm，所述的第一偏振控制器和第二偏振控制器具有同一规格和型号，工作波长为1530-1590nm；所述的第一波分复用器(1)、第一偏振控制器(2)具有同一规格和型号；所述的起偏器工作波长为1530-1590nm。

6.权利要求1所述的全光调制装置的操作方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

1)将一个1550nm波长的光电探测器接到所述的起偏器(6)的输出端，将该光电探测器的输出端接到示波器；

2)将波形是方波的980nm控制光输入第一波分复用器(1)的第一输入端；

3)将连续波1550nm信号光输入第一波分复用器(1)的第二输入端；

4)调节所述的第一偏振控制器(2)，使得示波器上1550nm信号光的时域脉冲波形的底部电压接近零电压；

5)调节所述的第二偏振控制器(5)，使得示波器上1550nm信号光的时域脉冲波形的顶部电压最大；

6)重复步骤4)和5)，使得示波器上1550nm信号光的时域波形的高电压与低电压的比值最大，以达到最佳的消光比；

7)将所述的光电探测器和示波器断开，即可从所述的起偏器(6)的输出端输出1550nm信号光提供使用。

说明书

技术领域

本发明涉及光信号的全光调制器，特别是一种全光调制器及其操作方法。

背景技术

过渡金属硫化物是一种具有二维层状结构的纳米材料，有着突出的电学和光学性能，受到国内外研究人员的广泛关注。硫化钨作为过渡金属硫化物的一种，被证实具有高的光学非线性和较强的饱和吸收特性。基于硫化钨作为饱和吸收体的调Q激光器和锁模激光器的研究也先后被报道。因此硫化钨在脉冲激光器、非线性光纤、光信号处理等领域有着广泛的应用前景。

另一方面，全光信号处理因其具有抗电磁干扰和易与其它光器件连接等优点在光通信中起着重要的作用。全光调制器作为全光信号处理中的一种基本器件得到了广泛研究。已报到的全光调制器的方案主要有以下几种：

方法1：基于非线性光纤克尔非线性的全光调制器。通过利用非线性光纤中的克尔非线性实现交叉相位调制等光光相互作用，从而实现全光信号处理。但非线性光纤成本较高，且需要较长的光纤长度，体积也较大。

方法2：基于半导体光放大器的载流子特性的全光调制器。通过利用半导体光放大器中载流子导致的交叉强度调制等实现光光相互作用，实现全光信号处理。但半导体光放大器成本高，工艺也较复杂。

方法3：基于石墨烯热光效应的全光调制器。利用石墨烯吸热改变介质折射率的特性实现光强度或光相位的交叉调制，实现全光信号处理。但石墨烯对不同波长的吸收几乎相同，导致控制效率受限。

总之，以上的几种方法或者成本较高、或者体积较大、或者工艺复杂、或者效率不高。因此，需要一种方法能够在兼顾成本、体积、工艺和控制效率的同时，实现光场与光场的相互作用。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种全光调制器及其操作方法，该装置采用具有厚度变化的硫化钨-PVA薄膜，并结合光纤中偏振干涉额的方法来实现全光调制，该装置是一种可兼容光纤系统、具有低成本、结构紧凑的全光调制装置。

为了解决上述问题，本发明的技术解决方案如下：

一种全光调制装置，包括第一波分复用器、第一偏振控制器、光纤连接器、第二波分复用器、第二偏振控制器和起偏器，其特点在于所述的光纤连接器是夹持有硫化钨水溶性薄膜的光纤连接器，所述的第一波分复用器、第一偏振控制器、光纤连接器、第二波分复用器、第二偏振控制器和起偏器通过单模光纤依次连接，所述的第一波分复用器的第一输入端为980nm控制光输入端，第二输入端为1550nm信号光输入端，所述的第二波分复用器的第二输出端为控制光的输出端，所述的起偏器的输出端为本全光调制装置的1550nm信号输出端。

所述的夹持硫化钨水溶性薄膜的光纤连接器是两个单模光纤夹持有硫化钨水溶性薄膜的FC/APC连接器。

所述的980nm控制光是功率恒定的连续光，或脉冲光。

所述的980nm控制光波长的变化范围为974nm～982nm。

所述的1550nm信号光波长的变化范围为1530nm～1590nm，所述的第一偏振控制器和第二偏振控制器具有同一规格和型号，工作波长为1530-1590nm；所述的第一波分复用器、第一偏振控制器具有同一规格和型号；所述的起偏器工作波长为1530-1590nm。

上述全光调制装置的操作方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

1)将一个1550nm波长的光电探测器接到所述的起偏器的输出端，将该光电探测器的输出端接到示波器；

2)将波形是方波的980nm控制光输入第一波分复用器的第一输入端；

3)将连续波1550nm信号光输入第一波分复用器的第二输入端；

4)调节所述的第一偏振控制器，使得示波器上1550nm信号光的时域脉冲波形的底部电压接近零电压；

5)调节所述的第二偏振控制器，使得示波器上1550nm信号光的时域脉冲波形的顶部电压最大；

6)重复步骤4)和5)，使得示波器上1550nm信号光的时域波形的高电压与低电压的比值最大，以达到最佳的消光比；

7)将所述的光电探测器和示波器断开，即可从所述的起偏器的输出端输出1550nm信号光提供使用。

本发明原理是利用硫化钨-PVA薄膜的热光效应和波长相关吸收。硫化钨对980nm光具有较强吸收，当980nm控制光通过第一波分复用器进入硫化钨-PVA薄膜后，硫化钨材料吸收控制光，产生热量，由于薄膜厚度不等导致产生的不均匀的热分布，从而通过硫化钨-PVA薄膜的热光效应产生双折射，即在薄膜两个正交方向(记为x和y)上产生的折射率变化不同。且当980nm控制光功率足够高时，在x方向由双折射引入的信号光相位延迟相比于y方向滞后π。调节第一偏振控制器使得1550nm信号光通过硫化钨-PVA薄膜时的偏振方向为线偏振，且与x轴夹角为45度。当存在980nm控制光时，1550nm信号光在通过硫化钨-PVA薄膜后，x方向信号分量的相位相对于y方向的信号分量滞后π，导致总的偏振态变成了与x轴夹角为135度的线偏振。调节第二偏振控制器，使得起偏器在紧接硫化钨-PVA薄膜后的等效起偏方向与x轴夹角为135度。这样，如果没有980nm控制光，则1550nm信号光偏振与起偏器起偏方向垂直，损耗最大，如果有980nm控制光，则1550nm信号光偏振与起偏器起偏方向一致，损耗最小。硫化钨-PVA薄膜对980nm控制光的吸收与控制光的偏振态无关，因此不需要对控制光偏振态进行专门控制。硫化钨对980nm控制光较高的吸收保证了系统具有较高的控制效率，硫化钨对1550nm信号光较低的吸收保证了器件在1550nm波长附近的低损耗特性。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明通过将硫化钨分散液和PVA水溶液的混合液制备成有一定厚度变化的薄膜，使得本装置具有结构紧凑的优势。利用硫化钨的波长相关吸收，选择吸收性强的980nm波长作为控制光信号，吸收弱的1550nm波长作为信号光，可获得较高的控制效率和较低的信号光插入循环。由于信号光沿x和y方向的两个偏振态共存于同一条光路中，外界扰动如温度、振动等产生的噪声是共模噪声，对整个装置的工作的影响较小。相比于背景技术中的方法1(非线性光纤)，本发明结构更简洁紧凑，成本更低。相比于背景技术中的方法2(半导体光放大器)，本发明光损耗更小，成本更低，结构更简单。相比与背景技术中的方法3(石墨烯热光)，本发明具有波长选择性吸收，信号光损耗更低，控制效率更高。

附图说明

图1是本发明全光调制器装置的结构图

图中：1-第一波分复用器，2-第一偏振控制器，3-夹持硫化钨-PVA薄膜的光纤连接器，4-第二波分复用器，5-第二偏振控制器，6-起偏器

图2是全光调制器的原理图

图3是全光调制器的信号光输出时域波形图，其中(a)是起偏器输出端口上测得的信号光的波形及施加的控制光信号的波形，(b)是对单个输出调制信号波形的放大图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

图1是本发明全光调制器装置的结构图，由图可见，本发明全光调制装置，包括第一波分复用器1、第一偏振控制器2、光纤连接器3、第二波分复用器4、第二偏振控制器5和起偏器6，其特点在于所述的光纤连接器3是夹持有硫化钨水溶性薄膜的光纤连接器，所述的第一波分复用器1、第一偏振控制器2、光纤连接器3、第二波分复用器4、第二偏振控制器5和起偏器6通过单模光纤依次连接，所述的第一波分复用器的第一输入端为980nm控制光输入端，第二输入端为1550nm信号光输入端，所述的第二波分复用器4的第二输出端为控制光的输出端，所述的起偏器6的输出端为本全光调制装置的1550nm信号输出端。

所述的夹持硫化钨水溶性薄膜的光纤连接器是两个单模光纤夹持有硫化钨-PVA水溶性薄膜的FC/APC连接器。

所述的980nm控制光是功率恒定的连续光，或脉冲光。

所述的980nm控制光波长的变化范围为974nm～982nm。

所述的1550nm信号光波长的变化范围为1530nm～1590nm，所述的第一偏振控制器2和第二偏振控制器5具有同一规格和型号，工作波长为1530-1590nm；所述的第一波分复用器1、第一偏振控制器2具有同一规格和型号；所述的起偏器工作波长为1530-1590nm。

本发明利用硫化钨-PVA薄膜厚度不均匀产生热分布不均匀，进一步产生双折射效应，再结合偏振干涉结构实现全光调制。具体结构是1550nm信号光和980nm控制光分别通过第一波分复用器1后进入第一偏振控制器2、夹持硫化钨-PVA薄膜的光纤连接器3和第二波分复用器4。1550nm信号光从第二波分复用器4的第一输出端输出，并通过第二偏振控制器5和起偏器6。残余的980nm控制光从第二波分复用器4的第二输出端输出。

上述全光调制器装置的操作方法，包括以下步骤：

1)将一个1550nm波长的光电探测器接到所述的起偏器6的输出端，将该光电探测器的输出端接到示波器；

2)将波形是方波的980nm控制光输入第一波分复用器1的第一输入端；

3)将连续波1550nm信号光输入第一波分复用器1的第二输入端；

4)调节所述的第一偏振控制器2，使得示波器上1550nm信号光的时域脉冲波形的底部电压接近零电压；

5)调节所述的第二偏振控制器5，使得示波器上1550nm信号光的时域脉冲波形的顶部电压最大；

6)重复步骤4)和5)，使得示波器上1550nm信号光的时域波形的高电压与低电压的比值最大，以达到最佳的消光比；

7)将所述的光电探测器和示波器断开，即可从所述的起偏器6的输出端输出1550nm信号光提供使用。

本发明的优选实施例中，薄膜的大小约为1mm x 1mm，硫化钨分散液通过液相剥离法制备，与PVA水溶液混合后经过搅拌混合，随后混合液滴在底部有一定厚度变化的器皿上烘干得到厚度分布不均匀的薄膜。

本发明的优选实施例中，980nm控制光的脉冲周期为20ms，脉冲宽度为5ms。

图2给出了本发明装置的原理图。xy平面与光束传播方向垂直，E1是1550nm信号光在输入硫化钨-PVA薄膜前的偏振方向，Ex和Ey是E1在x和y方向上的分量。若无980nm控制光，则E1也是信号光通过薄膜后的偏振方向。存在控制光时，信号光通过薄膜后Ex’是新的x方向分量，E2是总的偏振方向，与E1成90度。起偏器的起偏方向与E2一致。因此，无控制光时，信号光通过硫化钨-PVA薄膜后的偏振与起偏器起偏方向垂直，损耗很大，而有控制光时，信号光通过硫化钨-PVA薄膜后的偏振与起偏器起偏方向一致，损耗很低，从而实现控制光对信号光的调制。

图3给出了本发明装置的时域波形。图3(a)中黑色波形为起偏器6输出端口上测得的1550nm信号光的波形，灰色波形为施加的980nm控制光信号的波形。图3(b)是对单个输出调制信号波形的放大显示，并对上升沿和下降沿进行指数拟合，拟合得到的上升沿和下降沿时间常数分别为324.5μs和353μs。

全光调制器及其操作方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。