[发明专利]基于D型光纤的增强型石墨烯电吸收调制器

权利要求书

1.基于D型光纤的增强型石墨烯电吸收调制器，其特征在于，基于D型光纤的增强型石墨烯电吸收调制器，其特征在于，D型光纤的光纤包层周向一侧剥离一定厚度使得剥离处纤芯的光纤包层厚度为0.8-1.2μm，自剥离处纤芯外的光纤包层沿径向向外依次设有如下的叠加层状结构：自剥离处纤芯外的光纤包层沿径向向外依次为第一层石墨烯层(1)、介电层(3)、第二层石墨烯层(9)、PMMA薄膜(4)，第一层石墨烯层(1)、第二层石墨烯层(9)为延长型的层，第一层石墨烯层(1)、第二层石墨烯层(9)上分别设有金属电极(2)。

2.按照权利要求1所述的基于D型光纤的增强型石墨烯电吸收调制器，其特征在于，所述的剥离处纤芯表层光纤包层、叠加层状结构沿轴向长度可根据需要进行设置，如点接触、线接触、面接触，即剥离处纤芯表层光纤包层与第一层石墨烯层(1)为点接触、线接触、面接触。

3.制备权利要求1或2所述的基于D型光纤的增强型石墨烯电吸收调制器的方法，其特征在于，采用的装置包括上表面设有长V型槽石英基底(8)、D型光纤(6)、将光纤与V型槽密封的环氧胶(7)、第一层石墨烯层(1)、介电层(3)、第二层石墨烯层(9)、PMMA层(4)、金属电极(2)；

所述的D型光纤(6)置于石英基底(8)长V型槽中并使用环氧胶(7)将D型光纤(6)固定到V型槽中，同时使得待剥离掉的光纤包层凸出石英基底(8)上表面，即使得待剥离掉的光纤包层部分暴露在V型槽之外，可以方便的对其进行研磨抛光处理，去除部分包层厚度之后，由于光纤波导结构的改变，在光纤被抛光的区域有部分的倏逝场泄露到光纤外，可以与后续贴附的第一层石墨烯层相互作用；第一层石墨烯层和第二层石墨烯层依次转移至该抛光区域的表面，二者使用介电层隔开，形成了平行板电容器模型，两只金属电极分别与第一层石墨烯层和第二层石墨烯层相连方便施加偏置电压，偏置电压通过金属电极施加到第一层石墨烯层和第二层石墨烯层，平行板电容器内形成电场，从而给两层石墨烯带来化学势的偏移，随着施加电压的提高，石墨烯费米能级的偏移量超过1/2光子能量，石墨烯就会从强吸收状态改变至对光的透明状态，从而实现对石墨烯光吸收强度的调制；一层PMMA薄膜被置于上层石墨烯的顶部，是因为PMMA的折射率高于光纤包层，从而能够将纤芯内的光场向外拉扯，从而促进倏逝场与表面石墨烯层的相互作用强度。

4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，所选用的D型光纤是单模光纤、多模光纤、保偏光纤中的一种。

5.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，所使用的第一层石墨烯层和第二层石墨烯层是单层石墨烯或多层石墨烯的一种。

6.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，第一层石墨烯层和第二层石墨烯层之间的介电层，选用Al₂O₃以及其他高介电常数的材料；厚度为20nm。

7.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，所选用的金属电极采用采用Au、Pr、Ni等金属电极的其中一种或几种；金属电极的厚度为50nm。

8.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，顶层的PMMA薄膜可以替换为其他的PVB薄膜或其他略高于光纤包层折射率的高聚物材料薄膜，用于引导光纤中的光场向外泄露，增强与石墨烯的相互作用强度；顶层PMMA层的厚度为900nm。

9.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，两只金电极分别与两层石墨烯层相连，并且彼此不导通。

10.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，器件的制作工艺流程如下：

(1)制作D型光纤

将光纤嵌入定制好尺寸的石英V型槽中并使用环氧胶密封，抛光去除预留在V型槽外部的部分厚度包层，使抛光区域光纤剩余的包层厚度为1um；

(2)石墨烯的制备

使用化学气相沉积法在铜基上生长单层或少层的石墨烯层，生长质量使用拉曼光谱和SEM测试；

(3)第一片石墨烯的转移

在生长好的石墨烯表面旋涂PMMA薄膜作为支撑层，去除铜箔之后石墨烯/PMMA薄膜漂浮在水面，使用预先准备好的石英基底/D型光纤捞取石墨烯/PMMA薄膜；成功转移之后去除PMMA层；

(4)介电层的制备

使用掩模板作为遮挡，制作介电层，覆盖第一层石墨烯的表面，隔绝两层石墨烯的导电；

(5)第二层石墨烯的转移

仿照步骤3转移第二层石墨烯。

(6)金属电极的制备

使用另一块掩模板，在需要制作电极的位置留出相应的图案，从而制备两只金属电极；两只电极分别与第一层和第二层石墨烯层相连接，且彼此无接触；

(7)顶部PMMA薄膜的制作和转移

使用匀胶机在铜箔表面旋涂确定厚度的PMMA，烘干成膜之后腐蚀掉铜箔，使PMMA薄膜漂浮在水面上，然后转移至上层石墨烯的顶部。