[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

说明书

本发明提出一种基于石墨烯与XPM作用的空间双相全光开关装置及调制方法，所述装置包括：第一激光器、第一半波片、第一偏振分光立方体、斩波器、第二偏振分光立方体、第二半波片、聚焦透镜、第三偏振分光立方体、石墨烯非线性光学单元、第一反射镜、第三半波片、第二反射镜和第四偏振分光立方体，所述石墨烯非线性光学单元位于第三偏振分光立方体和第四偏振分光立方体之间。本发明进一步提出基于所述装置的空间双相全光开关调制方法。本发明创新的在一个光路系统下，通过调节泵浦功率实现了探测信号光的同相以及异相调制，达到空间双相全光开关目的。

技术领域

本发明涉及空间全光开关领域，具体涉及一种基于石墨烯与XPM协同作用的空间双相全光开关装置及其调制方法。

背景技术

随着社会经济和互联网技术的快速发展，人们对于信息的需求也日益增加，导致通信信息量呈指数级增长，人们对信息传输和处理速度的需求永无止境，需求决定技术飞跃。在现有的信息处理系统里，尽管信息是通过光信号在光缆中实现远距离大容量的传送，但是每个节点都要进行E-O-E转换，由于在光电信号的转换过程中，电光调制器和光电探测器由于调制和探测速率的受限，处理速度远低于传输速度，通俗地，我们将这一限制称之为“电子瓶颈”。因此人们提出了“全光通信”的概念，即信息的传输和交换全部在光域，避免E-O-E转换，绕开电子瓶颈，它还有高可靠、大容量和宽带宽等优点。

全光开关，作为全光通信的重要部分，引起了研究者广泛的关注，从已经报道出来的实验我们不难发现，研究者们通过多种不同的材料，如铷原子蒸汽、CdSe量子点、单光子等来实现全光开关，但普遍具有成本高昂、制备困难或性能欠佳等缺点。石墨烯，一种典型的二维材料，零带隙的线性能带结构使得任意波长的光子都能被吸收，超强的载流子带间和超快的弛豫过程使得石墨烯具有极快的光调制速率。现有技术利用石墨烯的光热以及热光效应引起微光纤环形腔共振波长的变化来实现光的开关，但是因为结构复杂、制备难度大无法实现大规模应用；现有技术也有利用石墨烯光学双稳态效应来实现全光开关，但是因为是将石墨烯嵌入到精细调制的谐振腔内部，需要过程极其的精细并且结构复杂。由此可见，现有全光开关普遍存在结构复杂、制备困难、功能简单的技术问题。

发明内容

本发明基于上述现有技术问题，创新的提出一种全新的基于石墨烯与交叉相位调制(XPM)协同作用的空间双相全光开关装置及空间双相全光开关调制方法，在一个光路系统的前提下，可以通过调节泵浦功率来实现探测信号光的同相以及异相调制，达到空间双相全光开关目的。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：

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，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。

进一步的根据本发明所述的空间双相全光开关装置，其中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。