[发明专利]基于石墨烯与XPM作用的空间双相全光开关装置及调制方法

权利要求书

1.一种基于石墨烯与交叉相位调制协同作用的空间双相全光开关装置，其特征在于，包括：第一激光器(1)、第一半波片(2)、第一偏振分光立方体(3)、斩波器(4)、第二偏振分光立方体(5)、第二半波片(6)、聚焦透镜(7)、第三偏振分光立方体(8)、石墨烯非线性光学单元(9)、第一反射镜(10)、第三半波片(11)、第二反射镜(12)和第四偏振分光立方体(13)；其中第一激光器(1)、第一半波片(2)、第一偏振分光立方体(3)、斩波器(4)、第二偏振分光立方体(5)、第二半波片(6)、聚焦透镜(7)、第三偏振分光立方体(8)、石墨烯非线性光学单元(9)和第四偏振分光立方体(13)位于同一直线光路上，其中第一反射镜(10)、第三半波片(11)和第二反射镜(12)位于另一平行直线光路上；且其中由第一激光器(1)和第一半波片(2)组成激光输入单元，由第一偏振分光立方体(3)、斩波器(4)、第二偏振分光立方体(5)、第二半波片(6)、聚焦透镜(7)和第三偏振分光立方体(8)组成泵浦光路单元，用于产生沿第一方向传输的泵浦激光束；由第一偏振分光立方体(3)、第一反射镜(10)、第三半波片(11)、第二反射镜(12)和第四偏振分光立方体(13)组成探测光路单元，用于产生与第一方向反向共线传输的探测激光束；所述石墨烯非线性光学单元(9)位于所述第三偏振分光立方体(8)和第四偏振分光立方体(13)之间；所述探测激光束和泵浦激光束以共线反向传输的方式共同作用于所述石墨烯非线性光学单元(9)，并在其中发生基于石墨烯与交叉相位调制协同的非线性作用而产生同相与异相光开关调制信号，且所产生的光开关调制信号经第三偏振分光立方体(8)反射输出；其中所述石墨烯非线性光学单元(9)为装有石墨烯乙醇分散液的比色皿，所述石墨烯乙醇分散液通过将石墨烯均匀分散在乙醇溶剂中获得，且石墨烯在乙醇溶剂中的分散浓度为10-20ug/mL，其中石墨烯的层数为1-30层，比色皿中石墨烯乙醇分散液的用量为1-10ml。

2.根据权利要求1所述的空间双相全光开关装置，其特征在于，其中所述第一激光器为连续可调谐的环形钛宝石激光器，输出激光束为线偏振态的高斯激光束，输出激光波长调谐范围为780nm-990nm，并处于石墨烯非线性光学单元的吸收波长处，输出激光功率小于200mw，输出激光光束光斑半径小于1mm。

3.根据权利要求1所述的空间双相全光开关装置，其特征在于，其中所述第一偏振分光立方体(3)、第二偏振分光立方体(5)、第三偏振分光立方体(8)和第四偏振分光立方体(13)透射具有水平偏振方向的激光束、并反射具有竖直偏振方向的激光束；入射到石墨烯非线性光学单元(9)中的泵浦激光束具有水平偏振态，入射到石墨烯非线性光学单元(9)中的探测激光束具有竖直偏振态；所述第一半波片(2)、第二半波片(6)和第三半波片(11)能够对偏振光的偏振方向进行旋转调节；通过第一半波片(2)和第一偏振分光立方体(3)调节泵浦激光束和探测激光束的分束比例，通过第二半波片(6)和第三偏振分光立方体(8)调节入射到石墨烯非线性光学单元(9)中的泵浦激光束的功率，通过第三半波片(11)和第四偏振分光立方体(13)调节入射到石墨烯非线性光学单元(9)中的探测激光束的功率。

4.根据权利要求1所述的空间双相全光开关装置，其特征在于，其中所述探测光路单元中，由第一偏振分光立方体(3)、第一反射镜(10)、第三半波片(11)、第二反射镜(12)和第四偏振分光立方体(13)组成U型探测光路，其中所述第一反射镜(10)设置于第一偏振分光立方体(3)的反射输出端，并将第一偏振分光立方体(3)反射输出的探测激光束垂直反射至第二反射镜(12)，所述第二反射镜(12)将第一反射镜(10)反射的探测激光束垂直反射至第四偏振分光立方体(13)的光束入射端，所述第三半波片(11)设置于第一反射镜(10)和第二反射镜(12)之间。