【摘 要】
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人类日益扩大的信息交互与传递需求,导致网络运营商需要更高速率,更高稳定性的通信系统来进行人类社会及经济活动的支撑。而全光通信及信号处理在近年来一直是研究热点,被广泛认为是克服当前电光通信系统中“网络瓶颈”的最有效的手段之一。全光信号处理的研究非常依赖于光与物质的相互作用,因此具有更好的非线性光学特性的光学材料的研究迅速成为研究热点。二维材料以它优异的光电特性,在光电器件的应用方面逐渐崛起,并被认为
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人类日益扩大的信息交互与传递需求,导致网络运营商需要更高速率,更高稳定性的通信系统来进行人类社会及经济活动的支撑。而全光通信及信号处理在近年来一直是研究热点,被广泛认为是克服当前电光通信系统中“网络瓶颈”的最有效的手段之一。全光信号处理的研究非常依赖于光与物质的相互作用,因此具有更好的非线性光学特性的光学材料的研究迅速成为研究热点。二维材料以它优异的光电特性,在光电器件的应用方面逐渐崛起,并被认为是最具潜力的应用方向之一。自2011年基于石墨烯的调制器的成功研制被报道以来,全光通信及信号处理迅速成为研究热点。具有大非线性光学灵敏度的二维层状材料利用自身的强光物质相互作用,为全光信号处理提供了一种新的有效途径。本文基于新材料在光通信系统上应用的需求及研究热点,利用二维材料在光通信波段的非线性光学特性,研究新型二维材料在未来全光纤通信系统中的具体应用。具体研究内容包括利用黑磷、铋烯等二维材料具备的可饱和吸收效应及克尔效应,结合全光通信网络的器件需求,研制出连续光幅度调制器、全光阈值器、光克尔开关、全光波长转换器,并进行了实际系统测试,从误码率角度及实际业务应用角度达到了光纤通信系统要求。本文的主要创新点如下:1、基于二维材料的可饱和吸收特性研制出基于黑磷-微纳光纤复合结构的全光幅度调制器,在实验中成功实现了在1566 nm的脉冲光经过二维材料-微纳光纤,对在波长范围为1511、1520 nm-1530 nm的连续光的全光调制。且该光调制器的消光比为4.7,从实验上实现飞秒脉冲激光器对连续光的调制;2、基于二维材料的可饱和吸收特性研制出黑磷-微纳光纤复合结构全光阈值器,在实验中实现基于黑磷在波长1550nm的全光阈值,从实验上将通信信道信噪比由3.54提高至17.5,并搭建光通信系统通过对传输误码进行测试进行了验证;3、基于二维材料的克尔效应研制出基于黑磷-微纳光纤复合结构的光克尔开关,在实验中实现在波长范围1541 nm-1559 nm的光开关功能,且其消光比达到26 dB,并对该器件做了稳定性研究;4、基于二维材料的克尔效应及四波混频的原理,研制出基于黑磷/黑磷量子点/铋烯-微纳光纤复合结构的全光波长转换器,在实验中实现了在波长范围1544nm-1559nm的波长转换;5、搭建光通信系统,对基于黑磷量子点/铋烯-微纳光纤复合结构的全光波长转换器进行了通信实验,以及20km的传输实验,测试实际误码率为10-9量级,满足光通信要求;并使用SDH业务信号对该光通信系统进行了实际实时视频业务20km传输实验,验证了并实现了基于黑磷量子点的全光波长转换器在实际光通信系统中的应用。黑磷、黑磷量子点、铋烯等二维材料在通信系统上的成功应用,为二维材料在现今的光纤通信中的实际应用奠定了一定的基础
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