基于石墨烯非线性效应同相与异相开关调制信号产生方法与流程

技术特征：
1.一种基于石墨烯非线性效应的同相与异相开关调制信号产生方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、搭建同相与异相开关调制光路，所述同相与异相开关调制光路包括第一激光器（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）、第四偏振分光立方体（13）、第四半波片（18）、第一光电探测器（14）、第二光电探测器（15）和第一示波器（16）；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）依次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，所述第一反射镜（10）设置于第一偏振分光立方体（3）的反射输出端，所述第四偏振分光立方体（13）设置于第二反射镜（12）的反射输出端；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，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）；由所述第四半波片（18）、第一光电探测器（14）、第二光电探测器（15）和第一示波器（16）组成输出测试单元，所述第一光电探测器（14）正对第二偏振分光立方体（5）的反射输出端设置，所述第二光电探测器（15）正对第三偏振分光立方体（8）的反射输出端设置，所述第一示波器（16）连接于所述第一光电探测器（14）和第二光电探测器（15）；步骤二、并启动第一激光器，从第一激光器输出的激光束经过第一半波片后入射至第一偏振分光立方体，经过第一偏振分光立方体的偏振分光作用，使得具有水平偏振态的激光束透过第一偏振分光立方体成为泵浦激光束，具有竖直偏振态的激光束被第一偏振分光立方体反射后成为探测激光束；步骤三、调校光路使得透过第一偏振分光立方体的泵浦激光束通过斩波器（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）后聚焦于石墨烯非线性光学单元（9）；使得被第一偏振分光立方体（3）反射的探测激光束经第一反射镜（10）反射后穿过第三半波片（11），然后第二反射镜（12）反射至第四偏振分光立方体（13），并经第四偏振分光立方体（13）反射后沿着与泵浦激光束共线反向的方向与泵浦激光束同时入射至石墨烯非线性光学单元（9）中；步骤四、将第四半波片（18）插入斩波器（4）和第二偏振分光立方体（5）之间，将第一光电探测器（14）设置于第二偏振分光立方体（5）的反射输出端，通过第一光电探测器（14）检测泵浦激光束强度；将第二光电探测器（15）设置于第三偏振分光立方体（8）的反射输出端，将第一光电探测器（14）和第二光电探测器（15）连接于第一示波器（16），通过第二光电探测器（15）和第一示波器（16）检测探测激光束经非线性作用后输出信号的强度和波形；步骤五、将入射到石墨烯非线性光学单元（9）中的探测激光束的功率固定为小于1mw的
某个数值，并逐步增加泵浦激光束的功率，并观察探测激光束经石墨烯非线性光学单元（9）非线性作用后输出的带有中心暗斑和同心圆环图样的衍射图案，以确定泵浦功率拐点值和最大泵浦功率值，其中泵浦功率拐点值为观察到衍射图案随时间发生变化时所对应的入射到石墨烯非线性光学单元（9）中的泵浦激光束的功率值，其中最大泵浦功率值为第二光电探测器（15）检测到探测激光束经非线性作用后输出的信号强度达到最小时对应的入射到石墨烯非线性光学单元（9）中的泵浦激光束的功率值；步骤六、通过调整得到泵浦激光束的泵浦功率拐点值和最大泵浦功率值后，拆除第四半波片（18）、第一光电探测器（14）、第二光电探测器（15）和第一示波器（16）；然后保持入射到石墨烯非线性光学单元（9）中的探测激光束的功率不变，开启斩波器（4），并将入射到石墨烯非线性光学单元（9）中的泵浦激光束功率调节在泵浦功率拐点值，探测激光束经石墨烯非线性光学单元（9）的非线性作用产生同相开关调制信号，并经由第三偏振分光立方体（8）反射输出；步骤七、继续保持入射到石墨烯非线性光学单元（9）中的探测激光束的功率不变，开启斩波器（4），并将入射到石墨烯非线性光学单元（9）中的泵浦激光束功率调节在最大泵浦功率值，探测激光束经石墨烯非线性光学单元（9）的非线性作用产生异相开关调制信号，并经由第三偏振分光立方体（8）反射输出。2.根据权利要求1所述的同相与异相开关调制信号产生方法，其特征在于，其中所述石墨烯非线性光学单元（9）为装有石墨烯乙醇分散液的比色皿，所述石墨烯乙醇分散液通过将石墨烯均匀分散在乙醇溶剂中获得，且石墨烯在乙醇溶剂中的分散浓度为10-20ug/ml，其中石墨烯的层数为1-30层，比色皿中石墨烯乙醇分散液的用量为1-10ml。3.根据权利要求1所述的同相与异相开关调制信号产生方法，其特征在于，其中所述第一激光器为连续可调谐的环形钛宝石激光器，输出激光束为线偏振态的高斯激光束，输出激光波长调谐范围为780 nm-990 nm，并处于石墨烯非线性光学单元的吸收波长处，输出激光功率小于200mw，输出激光光束光斑半径小于1mm。4.根据权利要求1-3任一项所述的同相与异相开关调制信号产生方法，其特征在于，其中所述第一偏振分光立方体（3）、第二偏振分光立方体（5）、第三偏振分光立方体（8）和第四偏振分光立方体（13）透射具有水平偏振方向的激光束、并反射具有竖直偏振方向的激光束；入射到石墨烯非线性光学单元（9）中的泵浦激光束具有水平偏振态，入射到石墨烯非线性光学单元（9）中的探测激光束具有竖直偏振态；所述第一半波片（2）、第二半波片（6）和第三半波片（11）能够对偏振光的偏振方向进行旋转调节；通过第一半波片（2）和第一偏振分光立方体（3）调节泵浦激光束和探测激光束的分束比例，通过第二半波片（6）和第三偏振分光立方体（8）调节入射到石墨烯非线性光学单元（9）中的泵浦激光束的功率，通过第三半波片（11）和第四偏振分光立方体（13）调节入射到石墨烯非线性光学单元（9）中的探测激光束的功率。5.根据权利要求1-4任一项所述的同相与异相开关调制信号产生方法，其特征在于，其中所述探测光路单元中，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u型探测光路，其中所述第一反射镜（10）设置于第一偏振分光立方体（3）的反射输出端，并将第一偏振分光立方体（3）反射输出的探测激光束垂直反射至第二反射镜（12），所述第二反射镜（12）将第一反射镜（10）反射的探测激
光束垂直反射至第四偏振分光立方体（13）的光束入射端，所述第三半波片（11）设置于第一反射镜（10）和第二反射镜（12）之间。6.根据权利要求1-5任一项所述的同相与异相开关调制信号产生方法，其特征在于，其中所述泵浦光路单元中，由所述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）组成直线泵浦光路，所述斩波器（4）设置于所述第一偏振分光立方体（3）和第二偏振分光立方体（5）之间，用于将连续泵浦激光转换为脉冲泵浦开关光，第二半波片（6）和聚焦透镜（7）设置于第二偏振分光立方体（5）和第三偏振分光立方体（8）之间，且聚焦透镜（7）位于第二半波片（6）的正后方，用于将泵浦激光束的腰斑聚焦于石墨烯非线性光学单元（9）的石墨烯乙醇分散液中。

技术总结
本发明提出一种基于石墨烯非线性效应的同相与异相开关调制信号产生方法，所述方法基于同相与异相开关调制光路实现，所述光路包括：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、第四偏振分光立方体、第四半波片、第一光电探测器、第二光电探测器和第一示波器，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，实现了空间双相开关调制信号的产生。调制信号的产生。调制信号的产生。


技术研发人员：ꢀ(51)Int.Cl.G02F1/35
受保护的技术使用者：西安跃亿智产信息科技有限公司
技术研发日：2020.03.20
技术公布日：2021/10/11