专利摘要

本实用新型涉及一种石墨烯表面波导光纤、全光调制探头以及全光调制器，其中，所述石墨烯表面波导光纤包括无芯光纤、第一单模光纤以及第二单模光纤；所述无芯光纤两端分别熔接所述第一单模光纤以及第二单模光纤；所述无芯光纤中设有飞秒写制波导；所述飞秒写制波导的两端分别连接所述第一单模光纤的纤芯与第二单模光纤的纤芯，所述飞秒写制波导在所述无芯光纤表面具有消逝场；所述无芯光纤在所述消逝场所在表面覆盖有石墨烯。

权利要求

1.一种石墨烯表面波导光纤，其特征在于，包括第一单模光纤(41)、第二单模光纤(42)以及无芯光纤(43)；所述无芯光纤(43)两端分别熔接所述第一单模光纤(41)以及第二单模光纤(42)；所述无芯光纤(43)中设有飞秒写制波导(44)；所述飞秒写制波导(44)的两端分别连接所述第一单模光纤(41)的纤芯与第二单模光纤(42)的纤芯，所述飞秒写制波导(44)在所述无芯光纤(43)表面具有消逝场；所述无芯光纤(43)在所述消逝场所在表面覆盖有石墨烯膜(431)。

2.根据权利要求1所述的石墨烯表面波导光纤，其特征在于，所述飞秒写制波导(44)呈曲线状，包括纤芯覆盖段(441)、弯曲段(442)以及表面波导段(443)；所述表面波导段(443)位于所述无芯光纤(43)中部的表层区域之内，所述表面波导段(443)两端分别依序经由所述弯曲段(442)以及纤芯覆盖段(441)连接所述第一单模光纤(41)的纤芯与第二单模光纤(42)的纤芯。

3.根据权利要求2所述的石墨烯表面波导光纤，其特征在于，所述纤芯覆盖段(441)的长度为15μm。

4.根据权利要求2所述的石墨烯表面波导光纤，其特征在于，所述弯曲段(442)的曲率半径为35-50mm。

5.根据权利要求2所述的石墨烯表面波导光纤，其特征在于，所述表面波导段(443)的长度为1-8mm。

6.根据权利要求2所述的石墨烯表面波导光纤，其特征在于，所述表面波导段(443)到所述第一单模光纤(41)的纤芯与第二单模光纤(42)的纤芯所在直线的距离为57-62μm。

7.根据权利要求1所述的石墨烯表面波导光纤，其特征在于，所述无芯光纤(43)的长度为10-20mm。

8.根据权利要求1所述的石墨烯表面波导光纤，其特征在于，所述石墨烯膜(431)沿所述无芯光纤(43)的覆盖长度为1-8mm。

9.一种全光调制探头(4)，其特征在于，其结构为如权利要求1至8所述的石墨烯表面波导光纤；所述第一单模光纤(41)与第二单模光纤(42)分别为所述全光调制探头(4)的输入端与输出端。

10.一种全光调制器，其特征在于，包括泵浦光光源(1)、信号光光源(2)、光纤耦合器(3)以及如权利要求9所述的全光调制探头(4)；所述泵浦光光源(1)以及所述信号光光源(2)的输出端分别连接所述光纤耦合器(3)的输入端，所述光纤耦合器(3)的输出端连接所述全光调制探头(4)的输入端，所述全光调制探头(4)的输出端用于连接外部光路。

说明书

技术领域

本实用新型涉及光通信的全光调制技术领域，更具体地，涉及一种石墨烯表面波导光纤、全光调制探头以及全光调制器。

背景技术

全光调制是基于石墨烯的光学非线性效应，使用一束光(例如脉冲光)对另一束光进行的调控。现有的全光调制技术包括基于石墨烯微纳光纤的全光调制以及基于石墨烯D型光纤的全光调制。

其中，如申请号为201810037532.0的专利所示，基于石墨烯微纳光纤的全光调制方案为：采用火焰熔融拉锥法制备微纳光纤，然后在微纳光纤的锥体部分包裹石墨烯，通过石墨烯与微纳光纤锥体表面传输消逝场发生的相互作用实现。类似的，基于石墨烯D型光纤的全光调制方案则是：采用侧边抛磨法将光纤的横截面抛为D型制备D型光纤，然后在D型光纤的抛磨区覆盖石墨烯，通过石墨烯与D型光纤抛磨区表面传输的消逝场发生的相互作用实现。

但是，现有技术存在因破坏了光纤结构，导致加工后的石墨烯微纳光纤或石墨烯D型光纤机械强度低、易断、需要采用MgF2基片来固定、不易封装；且石墨烯薄膜的包覆工艺难度大、操作复杂等技术问题。

实用新型内容

本实用新型为解决现有技术机械强度低、易断、不易封装、操作复杂等缺点，提供了一种石墨烯表面波导光纤、全光调制探头以及全光调制器。

为实现以上实用新型目的，采用的技术方案是：

一种石墨烯表面波导光纤，包括第一单模光纤、第二单模光纤以及无芯光纤；所述无芯光纤两端分别熔接所述第一单模光纤以及第二单模光纤；所述无芯光纤中设有飞秒写制波导；所述飞秒写制波导的两端分别连接所述第一单模光纤的纤芯与第二单模光纤的纤芯，所述飞秒写制波导在所述无芯光纤表面具有消逝场；所述无芯光纤在所述消逝场所在表面覆盖有石墨烯膜。

相较于现有技术，本实用新型所提供的石墨烯表面波导光纤机械强度高、装置坚固。石墨烯表面波导光纤与现有的石墨烯微纳光纤、石墨烯D型光纤相比，在保证表面波导处的倏逝波与石墨烯的相互作用的前提下，该结构未对光纤本身造成任何破坏，保护了光纤的完整性，极大的提升了机械性能；同时，其制作易于控制，通过控制波导距离光纤表面的距离，有效精确控制消逝场大小。

进一步的，所述飞秒写制波导呈曲线状，包括纤芯覆盖段、弯曲段以及表面波导段；所述表面波导段位于所述无芯光纤中部的表层区域之内，所述表面波导段两端分别依序经由所述弯曲段以及纤芯覆盖段连接所述第一单模光纤的纤芯与第二单模光纤的纤芯。

作为一种优选的方案，所述纤芯覆盖段的长度为15μm。

作为一种可选的方案，所述弯曲段的曲率半径为35-50mm。

作为一种可选的方案，所述表面波导段的长度为1-8mm。

作为一种可选的方案，所述表面波导段到所述第一单模光纤的纤芯与第二单模光纤纤芯所在直线的距离为57-62μm。

作为一种可选的方案，所述无芯光纤的长度为10-20mm。

作为一种可选的方案，所述石墨烯膜沿所述无芯光纤的覆盖长度为1-8mm。

本实用新型还包括以下内容：

一种全光调制探头，其构成为如前述的石墨烯表面波导光纤；所述第一单模光纤与第二单模光纤分别为所述全光调制探头的输入端与输出端。

相较于现有技术，本实用新型提供的全光调制器机械强度高、装置坚固、体积小、与光纤光路系统耦合方便，可应用于超快光信号处理，高速、短距离光通信；调制速度高、理论可达到500GHz，波长范围广，包括紫外到微波。

一种全光调制器，包括泵浦光光源、信号光光源、光纤耦合器以及如前述的全光调制探头；所述泵浦光光源以及所述信号光光源的输出端分别连接所述光纤耦合器的输入端，所述光纤耦合器的输出端连接所述全光调制探头的输入端，所述全光调制探头的输出端用于连接外部光路。

相较于现有技术，本实用新型提供的全光调制器，其采用了机械强度高、装置坚固、体积小的全光调制器，可应用于超快光信号处理，高速、短距离光通信；调制速度高、理论可达到500GHz，波长范围广，包括紫外到微波。

附图说明

图1为本实用新型提供的石墨烯表面波导光纤侧面示意图；

图2为本实用新型提供的石墨烯表面波导光纤横截面示意图；

图3为本实用新型提供的全光调制器示意图；

附图标记说明：1、泵浦光光源；2、信号光光源；3、光纤耦合器；4、全光调制探头；41、第一单模光纤；42、第二单模光纤；43、无芯光纤；431、石墨烯膜；44、飞秒写制波导；441、纤芯覆盖段；442、弯曲段；443、表面波导段。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请实施例保护的范围。

在本申请实施例使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请实施例。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步的阐述。

以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步的阐述。

针对在现有生理信号采集过程中，本实用新型提供以下方案：

请参阅图1以及图2，一种石墨烯表面波导光纤，其特征在于，包括第一单模光纤41、第二单模光纤42以及无芯光纤43；所述无芯光纤43两端分别熔接所述第一单模光纤41以及第二单模光纤42；所述无芯光纤43中设有飞秒写制波导44；所述飞秒写制波导4的两端分别连接所述第一单模光纤41的纤芯与第二单模光纤42的纤芯，所述飞秒写制波导44在所述无芯光纤43表面具有消逝场；所述无芯光纤43在所述消逝场所在表面覆盖有石墨烯膜431。

相较于现有技术，本实施例所提供的石墨烯表面波导光纤机械强度高、装置坚固。石墨烯表面波导光纤与现有的石墨烯微纳光纤、石墨烯D型光纤相比，在保证表面波导处的倏逝波与石墨烯的相互作用的前提下，该结构未对光纤本身造成任何破坏，保护了光纤的完整性，极大的提升了机械性能；同时，其制作易于控制，通过控制波导距离光纤表面的距离，有效精确控制消逝场大小。

具体的，本实施例所提供的石墨烯表面波导光纤，可由以下步骤获得：

步骤1，将所述无芯光纤43切割至需要的长度，将所述无芯光纤43的一端与所述第一单模光纤41熔接，另一端与所述第二单模光纤42熔接；把熔接好的所述第一单模光纤41、无芯光纤43以及第二单模光纤42作为待处理样品在载玻片上绷直固定好，通过在所述第一单模光纤41以及第二单模光纤42上滴上紫外固化胶，并用紫外固化灯照射3-5s；

步骤2，将步骤1固定好的待处理样品放置在气浮平台上；将所述无芯光纤43浸染在石蜡油中；运用飞秒激光沿着预设的写制轨迹在所述无芯光纤43的包层内写制所述飞秒写制波导44；

步骤3，对步骤2写制后的待处理样品分别测试在石蜡油和空气中的光谱，当其在空气中的插入损耗接近于0dB，并且在石蜡油的损耗远大于在空气中的损耗时，说明所述飞秒写制波导44写制成功；

步骤4，用酒精擦拭将所述无芯光纤43干净；采用化学气相沉积法(CVD)在铜箔上制作石墨烯膜，再通过石墨烯薄膜湿法转移技术或石墨烯溶液涂覆法转移至所述飞秒写制波导44所经过的表面上，包裹长度1-8mm，堆叠1-20层均可。

具体的，由于所述无芯光纤43的长度较短，在步骤2中滴入一两滴石蜡油即可将其浸染。滴了石蜡油后，飞秒激光通过油浸物镜加工光纤时，可以减少光纤圆柱形曲面光学像差对写制波导质量的影响。若不采用油浸物镜滴油加工，由于光纤是圆柱形曲面的，会引出光学像差，从而对写制波导的形貌以及导光能力产生不利的影响。所述飞秒写制波导44的写制轨迹可使用控制位移平台的软件进行设置；其中，飞秒激光加工参数如下：单脉冲能量为120nJ，位移平台位移速度为0.2mm/s。

由于同样的能量和速度，在所述无芯光纤43相对入射方向的上部写制，会烧蚀所述无芯光纤43的表面(离上表面越近/聚焦深度越浅，烧蚀阈值越低)；但如果降低写制能量，引起的折射率调制量很小，则无法构成波导结构；另外，由于接近光纤外缘界面加工时，激光聚焦位置的石蜡油温度升高，石蜡油中会产生气泡；当中心区域的直波导位于无芯光纤顶部界面时，产生的气泡位于无芯光纤顶部界面，阻碍飞秒激光的加工，会影响波导的加工质量；因此，作为一种优选方案，本专利的飞秒激光是从上方入射所述无芯光纤43，通过控制三维位移平台的位置，并控制激光的聚焦位置，在所述无芯光纤43相对入射方向的下部区域写制波导，从而避免石蜡在入射方向的表面产生气泡阻挡激光，最终加工出形貌无烧蚀及导光性能良好、折射率调制量大的表面波导。然后在将待处理样本上下旋转后再进行石墨烯膜的覆盖。

作为一种优选的实施例，所述飞秒写制波导44呈曲线状，包括纤芯覆盖段441、弯曲段442以及表面波导段443；所述表面波导段443位于所述无芯光纤43中部的表层区域之内，所述表面波导段443两端分别依序经由所述弯曲段442以及纤芯覆盖段441连接所述第一单模光纤41的纤芯与第二单模光纤42的纤芯。

作为一种优选的实施例，所述纤芯覆盖段441的长度L1为15μm。

作为一种可选的实施例，所述弯曲段442的曲率半径R为35-50mm。

作为一种可选的实施例，所述表面波导段443的长度L2为1-8mm。

作为一种可选的实施例，所述表面波导段443到所述第一单模光纤41的纤芯与第二单模光纤42的纤芯所在直线的距离H为57-62μm。

作为一种可选的实施例，所述无芯光纤43的长度为10-20mm。

作为一种可选的实施例，所述石墨烯膜431沿所述无芯光纤43的覆盖长度为1-8mm。

本实施例还包括以下内容：

一种全光调制探头4，其结构为如前述的石墨烯表面波导光纤；所述第一单模光纤41与第二单模光纤42分别为所述全光调制探头的输入端与输出端。

相较于现有技术，本实施例提供的全光调制器机械强度高、装置坚固、体积小、与光纤光路系统耦合方便，可应用于超快光信号处理，高速、短距离光通信；调制速度高、理论可达到500GHz，波长范围广，包括紫外到微波

一种全光调制器，请参阅图3，包括泵浦光光源1、信号光光源2、光纤耦合器3以及如前述的全光调制探头4；所述泵浦光光源1以及所述信号光光源2的输出端分别连接所述光纤耦合器3的输入端，所述光纤耦合器3的输出端连接所述全光调制探头4的输入端，所述全光调制探头4的输出端用于连接外部光路。

相较于现有技术，本实施例提供的全光调制器，其采用了机械强度高、装置坚固、体积小的全光调制器，可应用于超快光信号处理，高速、短距离光通信；调制速度高、理论可达到500GHz，波长范围广，包括紫外到微波。

具体的，所述全光调制器的各部件通过光纤连接；所述泵浦光光源1可选用980nm连续脉冲光源，所述信号光光源2可选用功率低于泵浦光的ASE光源；所述光纤耦合器3选用1:1光纤耦合器；探测经所述全光调制探头4调制后的输出信号，其中，关闭/减弱泵浦光光源1，所述全光调制探头4调制探头吸收信号光，所述全光调制探头4不输出信号光，信号光处于“关”状态；打开/增强泵浦光光源1，所述全光调制探头4吸收泵浦光，不吸收信号光，所述全光调制探头4输出信号光，信号光处于“开”状态；连续调制泵浦光强度，可以连续调制信号光强度，达到全光调制效果。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

一种石墨烯表面波导光纤、全光调制探头以及全光调制器专利购买费用说明

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》。