石墨烯光纤及其电光调制器研制
发布时间：2021-09-18
信息来源：北京市科技成果信息系统
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发布时间：2021-09-18
信息来源：北京市科技成果信息系统
- 光纤;石墨烯;电光;调制器;薄膜;电光调制器;光子晶体;化学气相沉积法
基本信息
所属科技项目名称：石墨烯光纤及其电光调制器研制
项目主管部门：北京市科学技术委员会、中关村科技园区管理委员会
科技成果信息
科技成果名称：石墨烯光纤及其电光调制器研制
关键词：石墨烯；光纤；电光调制器；批量化制备
科技成果类型：原始创新
科技成果所处阶段：实验室研究
科技成果应用领域：电力、热力、燃气及水生产和供应业
科技成果简介：
光纤是一种重要的光波导材料，是现代通讯、光电互联、光传感和光计算机系统中的核心器件，具有不可代替的重要作用。2009 年，高锟凭借光纤光通信而获得诺贝尔物理学奖。电光调制器是光纤通信的关键器件，在光通信和激光雷达等领域具有广泛应用。而石墨烯作为目前二维材料的研究热点，集诸多优点于一身，比如高机械强度、高导热系数、高透明度、高非线性光学系数、高电子迁移率和低电阻率等优点，在电学、光学及光电子学等领域具有重要应用。盖姆和诺沃肖洛夫就凭二维石墨烯而获得 2010 年的诺贝尔物理学奖。因此，开发和研究兼备石墨烯特殊性质和光纤传输优势的石墨烯光纤及其器件对发展新型光纤通信系统具有重要的科学研究意义和实际商业应用前景，必将引起科技工业界的极大关注和兴趣。
目前国际上已有报道的石墨烯光纤，受限于光纤结构和复杂的石墨烯薄膜转移技术，只能采用不可量产的复杂转移技术来实现，所制备的器件仅能用于原理性研发，难以批量制备和工业化推广。而在光纤表面直接生长石墨烯薄膜及其光纤器件尚未见有报道。在此，我们采用化学气相沉积法（CVD）
首次制备出石墨烯光纤并且研制出基于此石墨烯光纤的电光调制器。实验中，通过采用化学气相沉积法，并且精细调节温度、压强和气体流量等生长参数，我们在普通玻璃光纤和光子晶体光纤表面成功生长了石墨烯薄膜。用该方法制备的石墨烯光纤最长可达 0.5 米，并且不同长度石墨烯光纤均能一次性批量化生产。在石墨烯光纤中，石墨烯薄膜全部覆盖在光纤表面，特别是光子晶体光纤的内外所有表面。石墨烯薄膜的全面积覆盖极大的增强了光纤中的光与物质相互作用，其光衰减系数高达~8dB/cm。进一步，我们利用石墨烯的高效的电光调制效应，将石墨烯光子晶体光纤制作成全光纤型的电光调制器。该全光纤型电光调制器可以工作在非常宽的光谱范围（1150nm~1600nm），在调制深度可达 20dB/cm（1550nm 光波段），所需要的工作电压在 3 伏以内。
我们在世界范围内首次成功地批量化制备出石墨烯光纤，并基于石墨烯光纤研发出了低工作电压，宽光谱范围，高调制深度的全光纤型电光调制器。
该生长技术和全光纤型器件对于推动石墨烯产业化应用以及光纤和光纤器件的发展具有重大和深远作用。
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