石墨烯中红外可调谐波导光栅制造技术

技术编号:15435981 阅读:452 留言:0更新日期:2017-05-25 18:30
一种石墨烯中红外可调谐波导光栅,属于光电子器件技术领域,包括衬底,所述衬底上设置有硫系玻璃脊形光波导,硫系玻璃脊形光波导包括脊区下半部分波导和脊区上半部分矩形波导,脊区下半部分波导覆盖有包层,脊区下半部分波导上从下至上依次设置有第一隔离介质层、第一石墨烯层、第三隔离介质层、第二石墨烯层、第五隔离介质层,脊区上半部分矩形波导设置于第五隔离介质层上;第一石墨烯层与第二石墨烯层均为叉指电极结构,并通过电极引出,叉指电极结构的叉指等间距周期设置。本发明专利技术的目的在于改善目前中红外光栅可调谐波长范围窄,响应速度慢等问题,使同一结构的波导光栅在不同的电场条件下,对光波具有不同的选择性,改变光栅的反射波长。

Mid infrared tunable waveguide grating in graphene

A kind of infrared tunable graphene waveguide grating, which belongs to the technical field of optoelectronic devices, including a substrate, the substrate is arranged on the chalcogenide glass optical waveguide, chalcogenide glass optical waveguide includes a ridge ridge waveguide and the lower half part of the upper part of the ridge rectangular waveguide, ridge waveguide covering the lower part a packet layer, the lower half part of the ridge waveguide from the bottom is arranged with a first dielectric layer, a first isolation layer of graphene, third isolation dielectric layer, second graphene layers and fifth isolation layer, the upper part of the ridge waveguide is arranged on the fifth dielectric isolation layer; the first graphene layer and the second the graphene layers are interdigitated electrode structure, and through the electrode leads, interdigital electrode structure of the interdigital space cycle set. The aim of the invention is to improve the current infrared grating tunable narrow wavelength range, slow response, the waveguide grating of the same structure in the electric field under the conditions of different, have different selectivity to light, change the reflected wavelength.

【技术实现步骤摘要】
石墨烯中红外可调谐波导光栅
本专利技术属于属于光电子器件
,尤其涉及一种石墨烯中红外可调谐波导光栅。
技术介绍
光栅是指空间结构或光学参量(如折射率)分布具有周期性变化的衍射系统,可以对光进行反射、折射、干涉和衍射,在对光信号的调控中起到重要作用,光纤通信中,光栅在半导体激光器、波导输入输出耦合器、分束器、偏振分离器、滤波器、光上下路滤波器和传感等方面均有重要的应用。传统的光栅是在光栅表面通过光刻形成刻槽,光栅制作成功后其结构和周期保持不变,由于光栅的谐振波长只与光栅的周期和有效折射率相关,所以传统的永久性光栅只能对某一固定的谐振波长附近极小范围内的光进行作用,在光通信波分复用等系统中只能利用少量的信道,降低了通信数据的传输能力。为了满足高速宽带通信的发展需求,谐振波长可调谐光栅的研究成为必然趋势。目前,大多数波长可调谐光栅都是利用硅的热光效应和载流子色散效应,但是硅的热光效应使得光信号的响应速度慢,载流子色散效应较弱使得光栅的谐振波长改变较小,以及硅的折射率变化会对光产生较大的损耗等不足,使得直接利用硅的热光效应和载流子色散效应而制成的可调谐光栅器件性能不佳。由于石墨烯的折射率可通过外加电场来调控,且石墨烯的响应速度足够快,因此可利用石墨烯的这一特性来制作快速波长可调谐的光栅,通过改变石墨烯的折射率来改变光栅的有效折射率,从而使光栅的谐振波长发生改变,增大光栅的可调谐波长带宽。中红外波段(2-20mm)是太阳光辖射光中一个重要的波段,其在各个科技领域有着十分重要的应用,包括传感、环境监测、生物医学应用、热成像、军事应用等等。虽然中红外光在各个领域都有巨大的应用潜力,然而集成光子学在中红外波段进展却非常缓慢,多年来一直面临着巨大的困难和挑战,远远不及近红外通信波段的研究发展。硫系玻璃是指以S,Se,Te为主并引入一定量的其它类金属元素所形成的玻璃,它具有优良的透中红外和极佳的消热差性能(见文献LiL,ZouY,MusgravesJD,etal.Chalcogenideglassplanarphotonics:frommid-IRsensingto3-Dflexiblesubstrateintegration[J].ProceedingsofSPIE-TheInternationalSocietyforOpticalEngineering,2013,8600(4):86000K-86000K-6)。传统的集成光学材料,在中红外领域应用时受到限制,而硫系玻璃可以克服这方面的限制。硫系玻璃具有较长的透红外截止波长,可覆盖3个大气窗口。此外,硫系玻璃作为非晶态的材料,不需要严格的晶格匹配,可以与任何衬底材料集成。这是其在集成光学领域有非常广的应用范围。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术中存在的光栅可调谐波长范围窄,响应速度慢等问题,而提出的一种基于硫系玻璃光波导—石墨烯的可调谐中红外波导光栅,使同一结构的波导光栅在不同的电场条件下,对光波具有不同的选择性,改变光栅的反射波长。为解决上述技术问题,本专利技术所采用的技术方案是:一种基于硫系玻璃光波导—石墨烯的可调谐波导光栅,包括衬底,所述衬底上设置有硫系玻璃脊形光波导,硫系玻璃脊形光波导包括脊区下半部分波导和脊区上半部分矩形波导,脊区下半部分波导覆盖有包层,脊区下半部分波导上从下至上依次设置有第一隔离介质层、第一石墨烯层、第三隔离介质层、第二石墨烯层、第五隔离介质层,脊区上半部分矩形波导设置于第五隔离介质层上;第一石墨烯层与第二石墨烯层均为叉指电极结构,并通过电极引出,叉指电极结构的叉指等间距周期设置。上述技术方案中,所述第一石墨烯层和第二石墨烯层的为单层石墨烯。上述技术方案中,叉指电极结构设有叉指,叉指沿波导光传输方向周期分布。上述技术方案中,硫系玻璃脊形光波导由除氧外的第VI族元素作为阴离子的其他金属和非金属元素的化合物玻璃制成。上述技术方案中,硫系玻璃脊形光波导由As2Se3、As2S3或Ge23Sb7S70制成。上述技术方案中,所述第一隔离介质层、第三隔离介质层、第五隔离介质层均为绝缘层。上述技术方案中,所述绝缘层为硅氧化物、硅氮氧化物或硼氮化物。上述技术方案中,所述电极的材料为金、银、铂或铜。上述技术方案中,第一隔离介质层和第三隔离介质层之间还设有第二隔离介质层,第二隔离介质层与第一石墨烯层并排设置于同一层。上述技术方案中,第三隔离介质层和第五隔离介质层之间还设有第四隔离介质层,第四隔离介质层与第二石墨烯层并排设置于同一层。与现有技术相比,本专利技术具有以下有益效果:1、石墨烯的使用使得本专利技术具有可调谐波长范围宽,对光信号响应速度快,硫系玻璃材料的使用使得本专利技术便于降低中红外光的传输损耗,结合上述结构设置,使得本专利技术可调谐中红外波导光栅将具有可调谐波长范围宽、响应速度快等优势,相对于传统的永久性光栅,具有光栅谐振波长可调谐的特点。2、由于石墨烯的折射率电控可调和响应速度快等特点,相对于直接利用热光效应制作的波导光栅,具有响应速度快,可调谐波长范围宽的优势。3、覆盖在第一电极和第二电极芯层脊型脊区中第一石墨烯层和第二石墨烯层,通过在电极(第一电极和第二电极)上外加电场,使得石墨烯的折射率随外加电场的变化而变化,从而在整个波导中,使周期性覆盖有石墨烯的波导部分(指石墨烯叉指电极投影在波导上的那部分波导)的有效折射率也随电场的改变而改变,没有石墨烯覆盖的部分波导的折射率保持不变,因此在波导中沿光传输的方向上,使得波导的有效折射率随外加电场的变化呈周期性变化,形成波导光栅,而波导光栅的谐振波长只与波导光栅的周期和有效折射率有关,在不改变波导光栅结构和周期的前提下,该波导光栅的谐振波长随着外加在石墨烯上电场的变化而改变,从而形成可调谐波导光栅。附图说明图1是本专利技术的石墨烯中红外可调谐波导光栅的结构示意图;图2是本专利技术的石墨烯中红外可调谐波导光栅的截面示意图;图3是本专利技术的石墨烯中红外可调谐波导光栅结构中石墨烯层示意图;图4是本专利技术的石墨烯中红外可调谐波导光栅的石墨烯层俯视示意图。图中标记:1-衬底,2-脊区下半部分波导,3-包层,5-第一隔离介质层,6-第一石墨烯层,7-第二隔离介质层,8-第三隔离介质层,9-第二石墨烯层,10-第四隔离介质层,11-第五隔离介质层,12-电极,14-脊区上半部分矩形波导,15-叉指。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步的描述,所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例,并不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例,本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例,都属于本专利技术的保护范围。结合附图1~图4,本专利技术的石墨烯中红外可调谐波导光栅,包括衬底1,所述衬底上为硫系玻璃光波导,硫系玻璃脊形光波导包含芯层和覆盖在芯层外围的包层3。所述芯层为脊形光波导,所述脊形光波导分为脊区下半部分波导2和脊区上半部分矩形波导14,所述脊区下半部分波导2和脊区上半部分波导14之间有隔离层和石墨烯层,脊区下半部分波导上方从下至上依次覆盖有第一隔离介质层5、第一石墨烯层6、第三隔离介质层8、第二石墨烯层9和第五隔离介质层11。第一隔离介质层5和第三隔离介质层8之间还设有第二隔离介质层7,第二隔离介质层7与第一石墨烯层6并排本文档来自技高网
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石墨烯中红外可调谐波导光栅

【技术保护点】
一种石墨烯中红外可调谐波导光栅,包括衬底(1),其特征在于,所述衬底(1)上设置有硫系玻璃脊形光波导,硫系玻璃脊形光波导导包括脊区下半部分波导(2)和脊区上半部分矩形波导(14),脊区下半部分波导(2)覆盖有包层(3),脊区下半部分波导(2)上从下至上依次设置有第一隔离介质层(5)、第一石墨烯层(6)、第三隔离介质层(8)、第二石墨烯层(9)、第五隔离介质层(11),脊区上半部分矩形波导(14)设置于第五隔离介质层(11)上;第一石墨烯层(6)与第二石墨烯层(9)均为叉指电极结构,并通过电极引出,叉指电极结构的叉指等间距周期设置。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯中红外可调谐波导光栅,包括衬底(1),其特征在于,所述衬底(1)上设置有硫系玻璃脊形光波导,硫系玻璃脊形光波导导包括脊区下半部分波导(2)和脊区上半部分矩形波导(14),脊区下半部分波导(2)覆盖有包层(3),脊区下半部分波导(2)上从下至上依次设置有第一隔离介质层(5)、第一石墨烯层(6)、第三隔离介质层(8)、第二石墨烯层(9)、第五隔离介质层(11),脊区上半部分矩形波导(14)设置于第五隔离介质层(11)上;第一石墨烯层(6)与第二石墨烯层(9)均为叉指电极结构,并通过电极引出,叉指电极结构的叉指等间距周期设置。2.根据权利要求1所述的一种石墨烯中红外可调谐波导光栅,其特征在于,所述第一石墨烯层(6)和第二石墨烯层(9)为单层石墨烯。3.根据权利要求2所述的一种石墨烯中红外可调谐波导光栅,其特征在于,叉指电极结构设有叉指(15),叉指(15)沿波导光传输方向周期分布。4.根据权利要求1所述的一种石墨烯中红外可调谐波导光栅,其特征在于,所述硫系玻璃脊形光波导由除氧外的第VI族元素作为阴离子的其他金属和非金属元素的...

【专利技术属性】
技术研发人员:陆荣国罗亚雄刘天良田朝辉叶胜威夏瑞杰刘永
申请(专利权)人:电子科技大学
类型:发明
国别省市:四川,51

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