一种基于石墨烯的偏振不敏感光调制器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于石墨烯的偏振不敏感光调制器，包括基板(30)、石墨烯水平嵌入的第一石墨烯脊形波导(10)和石墨烯垂直嵌入的第二石墨烯脊形波导(20)，第一石墨烯脊形波导(10)和第二石墨烯脊形波导(20)均位于基板(30)上，第一石墨烯脊形波导(10)中嵌入的石墨烯和第二石墨烯脊形波导(20)中嵌入的石墨烯相互垂直。本发明专利技术通过加入石墨烯嵌入方向相互垂直的两段波导，可以起到同时对TE和TM模有效折射率的动态调谐，从而达到对入射光波偏振方向无关的调制，有效地解决目前石墨烯光调制器对入射光波偏振方向敏感的技术难题，同时还缩短了光调制器的尺寸，减小了调制器的体积，具有较高的调制速率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于石墨烯的偏振不敏感光调制器
本专利技术属于光电子
，具体涉及一种基于石墨烯的偏振不敏感光调制器。
技术介绍
光调制器的基本结构包括一个光波导，施加电场到光波导中，使得光经过所述光波导时其对入射光的折射率或吸收率发生变化，从而引起输出光的相位或振幅的变化，这就是光调制器的基本工作原理。石墨烯是一种蜂窝形的二维六方碳结构材料，是一种新型的材料，在未来可以用它来代替传统的半导体材料。它在室温下具有200000cm2/Vs的载流子迁移率，大约是硅材料的载流子迁移率100倍以上。石墨烯在外加电压下，光导率也会随之发生变化，从而改变其折射率和吸收率，同时，石墨烯具有的零带隙结构，使它可以在非常宽的光波长范围内发挥作用。这些特殊的光电特性使得石墨烯在光电子器件方面有着广泛的潜在应用。基于石墨烯材料的光学调制器已经得到广泛的研究，都是基于在传统的SOI光波导中水平铺设石墨烯层，将偏置电压施加在石墨烯层上，以改变石墨烯本身的复折射率来改变对入射光的折射率或吸收率，从而达到对入射光的相位或振幅的调制(见文献MingLiu,XiaoboYin,Ulin-Avila,E,BaisongGeng,ZentgrafT,LongJu,FengWang,XiangZhang.Agraphene-basedbroadbandopticalmodulator.Nature,2011,Vol474,p64-67和GosciniakJacek,TanDawnTH.Theoreticalinvestigationofgraphene-basedphotonicmodulators.ScientificReports,2013,Vol3)。这种将石墨烯层水平铺设于光波导中，制作工艺相对较简单，但基于这种结构的石墨烯调制器都存在一个共同的缺点，就是对入射光的偏振方向敏感，只能对特定偏振方向的光波产生有效的调制，即都是偏振相关的，限制了这种光调制器的使用范围，无法进行推广利用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种通过加入石墨烯嵌入方向相互垂直的两段波导，起到同时对TE和TM模有效折射率的动态调谐，从而达到对入射光波偏振方向无关的调制的基于石墨烯的偏振不敏感光调制器。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于石墨烯的偏振不敏感光调制器，包括基板、石墨烯水平嵌入的第一石墨烯脊形波导和石墨烯垂直嵌入的第二石墨烯脊形波导，第一石墨烯脊形波导和第二石墨烯脊形波导均位于基板上，第一石墨烯脊形波导中嵌入的石墨烯和第二石墨烯脊形波导中嵌入的石墨烯相互垂直；第一石墨烯脊形波导从上到下依次包括第一脊部、第一水平嵌入石墨烯层、第二水平嵌入石墨烯层和第二脊部，第一脊部与第一水平嵌入石墨烯层被第一隔离介质层隔离，第一水平嵌入石墨烯层与第二水平嵌入石墨烯层被第二隔离介质层隔离，第二水平嵌入石墨烯层与第二脊部被第三隔离介质层隔离；所述的第二石墨烯脊形波导从左到右依次包括第三脊部、第一垂直嵌入石墨烯层、第二垂直嵌入石墨烯层和第四脊部，第三脊部与第一垂直嵌入石墨烯层被第四隔离介质层隔离，第一垂直嵌入石墨烯层与第二垂直嵌入石墨烯层被第五隔离介质层隔离，第二垂直嵌入石墨烯层与第四脊部被第六隔离介质层隔离；所述的基板包括半导体衬底层和位于半导体衬底层上表面的绝缘层，第一石墨烯脊形波导和第二石墨烯脊形波导位于绝缘层上。进一步地，所述的第一水平嵌入石墨烯层与第二水平嵌入石墨烯层之间全部或部分重叠，并从第一石墨烯脊形波导侧面延伸出来，连接电极。进一步地，所述的第一垂直嵌入石墨烯层与第二垂直嵌入石墨烯层之间全部或部分重叠，并从第二石墨烯脊形波导上表面延伸出来，连接电极。进一步地，所述的半导体衬底层、第一脊部、第二脊部、第三脊部和第四脊部的材料为硅、锗、锗硅合金、III-V族半导体或II-IV族半导体，绝缘层、第一隔离介质层、第二隔离介质层、第三隔离介质层、第四隔离介质层、第五隔离介质层和第六隔离介质层的材料为半导体氧化物材料，所述的硅、锗、锗硅合金、III-V族半导体或II-IV族半导体的光折射率大于半导体氧化物材料。进一步地，所述的半导体氧化物为硅氧化物、硅氮氧化物、硼氮化物或六方硼氮化物。本专利技术的有益效果是：1、石墨烯水平嵌入的波导只对TM模有效折射率敏感而对TE模有效折射率改变非常小，石墨烯垂直嵌入的波导只对TE模有效折射率敏感而对TM模有效折射率改变非常小，加入石墨烯嵌入方向相互垂直的两段波导，可以起到同时对TE和TM模有效折射率的动态调谐，从而达到对入射光波偏振方向无关的调制，有效地解决目前石墨烯光调制器对入射光波偏振方向敏感的技术难题；2、所嵌入的石墨烯都放置在波导光场强度最大处，因此光场与石墨烯之间可以最大程度地的相互作用，只需要较短的有源区就可以达到π的相位调制和光的完全吸收，缩短了光调制器的尺寸，减小了调制器的体积；3、减小了系统的电容系数，即减小了RC时间常数对于调制速率的限制，具有较高的调制速率；4、制备工艺上可与传统SOICMOS工艺相兼容，易于集成。附图说明图1为本专利技术的偏振不敏感光调制器的有源区结构示意图；图2为本专利技术的第一石墨烯脊形波导横截面结构示意图；图3为本专利技术的第二石墨烯脊形波导横截面结构示意图；图4为本专利技术的实施例第一石墨烯脊形波导TE和TM模的模场分布图；图5为本专利技术的实施例第一石墨烯脊形波导TE和TM模的有效折射率随偏置电压的变化图；图6本专利技术的实施例第二石墨烯脊形波导TE和TM模的模场分布图；图7为本专利技术的实施例第二石墨烯脊形波导TE和TM模的有效折射率随偏置电压的变化图；图中，10-第一石墨烯脊形波导，20-第二石墨烯脊形波导，30-基板，11-第一脊部，12-第二脊部，13-第一水平嵌入石墨烯层，14-第二水平嵌入石墨烯层，15-第一隔离介质层，16-第二隔离介质层，17-第三隔离介质层，21-第三脊部，22-第四脊部，23-第一垂直嵌入石墨烯层，24-第二垂直嵌入石墨烯层，25-第四隔离介质层，26-第五隔离介质层，27-第六隔离介质层，31-半导体衬底层，32-绝缘层。具体实施方式下面结合附图进一步说明本专利技术的技术方案，但本专利技术所保护的内容不局限于以下所述。图1为本专利技术的偏振不敏感光调制器的有源区结构示意图，图2为本专利技术的第一石墨烯脊形波导和第二石墨烯脊形波导横截面结构示意图。如图1、图2所示，一种基于石墨烯的偏振不敏感光调制器，包括基板30、石墨烯水平嵌入的第一石墨烯脊形波导10和石墨烯垂直嵌入的第二石墨烯脊形波导20，第一石墨烯脊形波导10和第二石墨烯脊形波导20均位于基板30上，第一石墨烯脊形波导10中嵌入的石墨烯和第二石墨烯脊形波导20中嵌入的石墨烯相互垂直；第一石墨烯脊形波导10从上到下依次包括第一脊部11、第一水平嵌入石墨烯层13、第二水平嵌入石墨烯层14和第二脊部12，第一脊部11与第一水平嵌入石墨烯层13被第一隔离介质层15隔离，第一水平嵌入石墨烯层13与第二水平嵌入石墨烯层14被第二隔离介质层16隔离，第二水平嵌入石墨烯层14与第二脊部12被第三隔离介质层17隔离；如图3所示，所述的第二石墨烯脊形波导20从左到右依次包括第三脊部21、第一垂直嵌入石墨烯层23、第二垂直嵌入石墨烯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于石墨烯的偏振不敏感光调制器，其特征在于：包括基板(30)、石墨烯水平嵌入的第一石墨烯脊形波导(10)和石墨烯垂直嵌入的第二石墨烯脊形波导(20)，第一石墨烯脊形波导(10)和第二石墨烯脊形波导(20)均位于基板(30)上，第一石墨烯脊形波导(10)中嵌入的石墨烯和第二石墨烯脊形波导(20)中嵌入的石墨烯相互垂直；第一石墨烯脊形波导(10)从上到下依次包括第一脊部(11)、第一水平嵌入石墨烯层(13)、第二水平嵌入石墨烯层(14)和第二脊部(12)，第一脊部(11)与第一水平嵌入石墨烯层(13)被第一隔离介质层(15)隔离，第一水平嵌入石墨烯层(13)与第二水平嵌入石墨烯层(14)被第二隔离介质层(16)隔离，第二水平嵌入石墨烯层(14)与第二脊部(12)被第三隔离介质层(17)隔离；所述的第二石墨烯脊形波导(20)从左到右依次包括第三脊部(21)、第一垂直嵌入石墨烯层(23)、第二垂直嵌入石墨烯层(24)和第四脊部(22)，第三脊部(21)与第一垂直嵌入石墨烯层(23)被第四隔离介质层(25)隔离，第一垂直嵌入石墨烯层(23)与第二垂直嵌入石墨烯层(24)被第五隔离介质层(26)隔离，第二垂直嵌入石墨烯层(24)与第四脊部(22)被第六隔离介质层(27)隔离；所述的基板(30)包括半导体衬底层(31)和位于半导体衬底层(31)上表面的绝缘层(32)，第一石墨烯脊形波导(10)和第二石墨烯脊形波导(20)位于绝缘层(32)上。...

【技术特征摘要】
1.一种基于石墨烯的偏振不敏感光调制器，其特征在于：包括基板(30)、石墨烯水平嵌入的第一石墨烯脊形波导(10)和石墨烯垂直嵌入的第二石墨烯脊形波导(20)，第一石墨烯脊形波导(10)和第二石墨烯脊形波导(20)均位于基板(30)上，第一石墨烯脊形波导(10)中嵌入的石墨烯和第二石墨烯脊形波导(20)中嵌入的石墨烯相互垂直；第一石墨烯脊形波导(10)从上到下依次包括第一脊部(11)、第一水平嵌入石墨烯层(13)、第二水平嵌入石墨烯层(14)和第二脊部(12)，第一脊部(11)与第一水平嵌入石墨烯层(13)被第一隔离介质层(15)隔离，第一水平嵌入石墨烯层(13)与第二水平嵌入石墨烯层(14)被第二隔离介质层(16)隔离，第二水平嵌入石墨烯层(14)与第二脊部(12)被第三隔离介质层(17)隔离；所述的第二石墨烯脊形波导(20)从左到右依次包括第三脊部(21)、第一垂直嵌入石墨烯层(23)、第二垂直嵌入石墨烯层(24)和第四脊部(22)，第三脊部(21)与第一垂直嵌入石墨烯层(23)被第四隔离介质层(25)隔离，第一垂直嵌入石墨烯层(23)与第二垂直嵌入石墨烯层(24)被第五隔离介质层(26)隔离，第二垂直嵌入石墨烯层(24)与第四脊部(22)被第六隔离介质层(27)隔离；所述的基板(30)包括半导体衬底层(31)和位于半导体衬底层(31)上表面的绝缘层(32)，第一石墨烯脊形波导(10)和第二石墨烯脊形波导(20)位于绝...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘永，王子帅，叶胜威，陈冬松，闫世森，艾元，陆荣国，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51