[发明专利]一种具有起偏功能的光纤集成光电探测器

说明书

本发明公开了一种具有起偏功能的光纤集成光电探测器，包括从上到下依次设置的叉指电极、石墨烯薄膜、二硫化钼薄膜、PMMA薄膜、侧边抛磨光纤和玻璃衬底；侧边抛磨光纤包括纤芯和包层，所述光纤固定于玻璃衬底上，所述纤芯被包裹于包层内，且部分显露于包层外；且显露的部分朝上，且为一平面；PMMA薄膜覆盖于纤芯显露的平面上；且所述二硫化钼薄膜、石墨烯薄膜和叉指电极依次贴合覆盖在PMMA薄膜上方。本发明可同时实现光信号的起偏、探测和传输，可在近红外波段实现宽带探测和起偏，且器件的起偏特性可调：侧边抛磨光纤集成打破了二维材料由于原子层厚度导致的弱光吸收的限制，并且石墨烯/二硫化钼异质结有效增强了光吸收，大幅增强了光电探测器灵敏度。

技术领域

本发明涉及光电探测器的技术领域，更具体地，涉及一种具有起偏功能的光纤集成光电探测器。

背景技术

操纵电磁波的偏振对光纤陀螺系统、保偏光纤放大器、光纤通信系统和信息安全具有重要意义。为了防止光信号衰落，起偏器已成为光子集成电路和光纤系统中的关键光学无源元件，它可以抑制不需要的模式并通过需要的模式。但是，被抑制的模式所携带的信息和能量将被损失，无法被有效提取，造成信息浪费。目前还没有一种器件可以在实现起偏的同时探测被抑制的模式。

而对于光纤系统，关键是实现光纤兼容、高偏振消光比、低插入损耗的光纤起偏器。目前现有的光纤起偏器类型主要有：基于卷绕高双折射光纤构成的光纤起偏器，如公开号为US5386484A的美国专利《光纤型偏振器》；还有基于布拉格光纤光栅的光纤起偏器，如公开号为CN1424602A的中国专利《光纤可调谐起偏器及其制作方法》，基于耦合型微米光纤的光纤起偏器，如公开号为CN102736180A的中国专利《耦合型微米光纤起偏器及其制备方法》。

但现有的光电子器件功能较为单一，不利于实现高度集成的光电子系统。研究人员在研究如何提高光子集成链路的集成密度方面做出了不懈的努力，除了缩小器件体积外，另一种方式是在一个器件中实现多种功能。如公开号为CN213042025U，专利名称为《一种具有光电探测功能的相位调制器》，公开了全光纤集成的具有光电探测功能的相位调制器；又如Bulletin of the American Physical Society,2014,59.公开了利用碳纳米管纤维实现的太赫兹光电探测器和起偏器。因此，多功能集成有助于提高系统性能和集成密度，在同一个器件中实现光电探测和起偏对偏振分(解)复用和偏振系统具有重要意义。利用光电探测器将起偏器抑制的模式所携带的信息收集，有利于实现对光信息的全面利用，符合绿色环保的理念。

但是，受微加工工艺和材料特性的限制，实现多功能集成是一个挑战。目前现有的光电子器件功能较为单一，每种光电子器件都是一个独立的个体，比如光纤起偏器只具有在线起偏/消偏的效果，光电探测器只能用来将光信号转换为电信号。在如今追求小型化、集成化、多功能化的趋势下，器件间的独立不利于实现高度集成的光电子系统。

另外，在实现多功能集成的同时兼顾器件性能是另一个挑战，而如何提高单层石墨烯光电探测器的响应度也是一直亟待解决的问题。受单层石墨烯低光吸收率(≈2.3％)的限制，基于纯单层石墨烯的光电探测器通常获得的灵敏度极低(32A/W)。

发明内容

本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷(不足)，提供一种具有起偏功能的光纤集成光电探测器，用于解决光纤系统集成度低、功能单一的问题。

为解决上述的技术问题，本发明采取的技术方案是：

一种具有起偏功能的光纤集成光电探测器，包括从上到下依次设置的叉指电极、石墨烯薄膜、二硫化钼薄膜、PMMA薄膜、侧边抛磨光纤和玻璃衬底；

所述侧边抛磨光纤包括纤芯和包层，所述包层固定于玻璃衬底上，所述纤芯被包裹于包层内，且部分显露于包层外；且显露的部分朝上，且为一平面；

所述PMMA薄膜覆盖于纤芯显露的平面上；且所述二硫化钼薄膜、石墨烯薄膜和叉指电极依次贴合覆盖在PMMA薄膜上方。