基于二维碳材料的平面光波导加热装置及其制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于二维碳材料的平面光波导加热装置及其制备方法。包含覆盖在平面光波导上的二维碳材料透明热电阻和连接外部电源的两个接触点，平面光波导由衬底和自下而上依次沉积在衬底上的隔离层、芯层和二维碳材料透明热电阻组成，二维碳材料透明热电阻覆盖在平面光波导的芯层上表面的一侧，与芯层直接接触，两个接触点分别经连接导线连接在二维碳材料透明热电阻的两端。本发明专利技术具有加热效率高、能达到更高的加热温度、加热速度快等优点，并具备硅光子器件制备工艺兼容性，适用于小型化平面光波导热光器件。

【技术实现步骤摘要】
基于二维碳材料的平面光波导加热装置及其制备方法
本专利技术涉及一种波导加热装置及其制备方法，特别是涉及平面光波导集成器件领域的一种基于二维碳材料的平面光波导加热装置及其制备方法。
技术介绍
利用热光效应是实现可调光器件的一种重要手段，如热光开关、热光调制器、可调谐光衰减器、可调谐功分器以及热光可调谐滤波器等。而要实现热光器件，加热装置是非常重要的。目前的加热装置包含平面光波导、金属电阻丝以及连接外部电源的两个接触点。平面光波导截面如图1所示，由衬底6和自下而上依次沉积在衬底上的隔离层7、芯层8、上包层9和金属电阻丝组成，其中上包层9完全覆盖了芯层8。在上包层9上形成的金属电阻丝的宽度通常大于光传输通道芯层8宽度。对于这种传统的加热装置，由于需要在平面光波导的芯层与热电阻之间引入较厚的光隔离层（如SiO2），存在响应速度慢、加热效率低、功耗高等缺点。而且，考虑其温度场梯度，这种传统的加热装置中芯层的温度远远低于热电阻的温度。而由于最高电流密度等因素限制可允许的金属热电阻最高温度有限。因此，采用这种加热装置的热光器件的最大调谐范围受到限制。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于二维碳材料的平面光波导加热装置及其制备方法，加热功耗低，加热响应快，加热温度范围大且工艺简单。本专利技术的技术方案包括：一、一种基于二维碳材料的平面光波导加热装置：其平面光波导由衬底和自下而上依次沉积在衬底上的隔离层、芯层和二维碳材料透明热电阻组成，包含覆盖在平面光波导上的二维碳材料透明热电阻和连接外部电源的两个接触点，二维碳材料透明热电阻覆盖在平面光波导的芯层上表面的一侧，两个接触点分别经连接导线连接在二维碳材料透明热电阻的两端。所述的二维碳材料透明热电阻一部分覆盖于平面光波导的芯层上表面的一侧，另一部分覆盖于平面光波导的芯层侧面上。所述的二维碳材料透明热电阻呈蛇形且部分覆盖在平面光波导的芯层上表面的一侧。所述的全部二维碳材料透明热电阻均覆盖在平面光波导的芯层上表面。所述的覆盖在芯层上表面的二维碳材料透明热电阻的宽度小于平面光波导上芯层的宽度，二维碳材料透明热电阻的中心位置偏离平面光波导的芯层的中心位置。二、一种基于二维碳材料的平面光波导加热装置的制备方法，包括以下步骤：1）将隔离层、芯层依次沉积在衬底上，利用光刻、刻蚀工艺制成平面光波导；2）利用湿法转移工艺将二维碳材料转移至平面光波导，在二维碳材料上旋涂一层光刻胶，用光刻法制成二维碳材料透明热电阻的图形，再利用干法刻蚀工艺制备得到二维碳材料透明热电阻；3）将二维碳材料透明热电阻覆盖在平面光波导的芯层上表面的一侧，其中心位置偏离芯层的中心位置，覆盖在芯层上的宽度小于芯层的宽度；4）沉积金属膜形成用于连接外部电源的两个接触点，并与二维碳材料透明热电阻经连接导线相连。所述的步骤3）中将二维碳材料透明热电阻一部分覆盖于平面光波导的芯层上表面的一侧，另一部分覆盖于平面光波导的芯层侧面。所述的步骤3）中将二维碳材料透明热电阻制成蛇形，并部分覆盖在平面光波导的芯层上表面的一侧。所述的步骤3）中将全部二维碳材料透明热电阻均覆盖于平面光波导的芯层上表面。所述的步骤3）中的二维碳材料为单原子层。本专利技术有益的效果是：1.本专利技术加热装置由于二维碳材料透明热电阻与平面光波导的芯层直接接触，不需要引入较厚的光隔离层，有利于提高响应速度和加热效率，可以实现较低的功耗。而且，考虑其温度场梯度，本专利技术中芯层的温度几乎与热电阻的温度一致，采用这种加热装置的热光器件可以实现最大的温度调谐范围。2.本专利技术的二维碳材料透明热电阻，由于其宽度小于平面光波导的宽度，并且其中心位置偏离平面光波导的芯层的中心位置，因此可以大大减小二维碳材料透明热电阻引入的光功率损耗。3.本专利技术的二维碳材料透明热电阻，由于采用较大的宽度、部分覆盖于平面光波导的芯层上方、部分覆盖于平面光波导的芯层的侧壁上，而不引入过多的光功率损耗，因此可以减小干法刻蚀制作二维碳材料透明热电阻的工艺制作难度。4.本专利技术的二维碳材料透明热电阻，由于蛇形覆盖在平面光波导芯层上，因此可以在不影响加热效果的同时，有效地减小二维碳材料透明热电阻与平面光波导的接触长度、减小引入的光功率损耗，并且制备过程不需要精准的光刻对准、减小了工艺制作的难度。5．本专利技术具有广阔的应用范围，可用于由马赫-泽德干涉仪、微谐振环等构成的多种热光器件，包括热光开关、热光调制器、可调谐光衰减器、可调谐功分器以及热光可调谐滤波器等。且不受材料限制，可用于硅、高分子材料、二氧化硅等多种材料的光波导。附图说明图1是传统的加热装置的截面图。图2是本专利技术加热装置的俯视图。图3是图2中A区域的一种优选实施放大俯视图。图4是图3的BB’截面的本专利技术一种优选实施图。图5是图3的BB’截面的本专利技术一种优选实施图。图6是图2中A区域的一种优选实施放大俯视图。图7是图6的CC’截面图。图8是本专利技术应用于马赫-泽德干涉仪的实施例图。图中：1、平面光波导，2、第一接触点，3、第二接触点，4、第一连接导线，5、第二连接导线，6、衬底，7、隔离层，8、芯层，9、上包层，10、二维碳材料透明热电阻。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。参照图2，本专利技术的加热装置包含覆盖在平面光波导1上的二维碳材料透明热电阻10和连接外部电源的两个接触点2、3，平面光波导1由衬底6和自下而上依次沉积在衬底6上的隔离层7、芯层8和二维碳材料透明热电阻10组成；二维碳材料透明热电阻10部分覆盖在平面光波导1的芯层8上表面的一侧，因没有上包层9覆盖于芯层8上，从而使得二维碳材料透明热电阻10与芯层8直接接触。如图2所示，两个接触点2、3分别经连接导线4、5连接在二维碳材料透明热电阻10的两端，第一接触点2经第一连接导线4连接到二维碳材料透明热电阻1的一端，第二接触点3经第二连接导线5连接到二维碳材料透明热电阻1的另一端，两个接触点2、3置于衬底6上。为了减小二维碳材料透明热电阻的工艺制作难度，如图5所示，本专利技术二维碳材料透明热电阻具有更大宽度，并且一部分覆盖于平面光波导1的芯层8上表面的一侧，另一部分覆盖于平面光波导1的芯层8侧面，覆盖于芯层8上表面的热电阻10的宽度小于芯层8的宽度。为了减小二维碳材料透明热电阻引起的平面光波导的光功率损耗，如图6所示，同时减小工艺制作的难度，本专利技术二维碳材料透明热电阻应呈蛇形且一部分覆盖在平面光波导1的芯层8上表面的一侧，另一部分完全覆盖于平面光波导1的芯层8侧面，两个接触点2、3置于衬底6上，形成如图7所示的最终装置。为了减小二维碳材料透明热电阻引起的平面光波导的光功率损耗，如图4所示，也可将全部二维碳材料透明热电阻10均覆盖于平面光波导1的芯层8上表面的一侧，这样可有效减小二维碳材料热电阻对平面光波导传输模式的光场吸收、减小光功率的损耗。为了减小二维碳材料透明热电阻引起的平面光波导的光功率损耗，参照图3～图6，覆盖在芯层8上表面的二维碳材料透明热电阻10的宽度小于平面光波导1上芯层8的宽度，二维碳材料透明热电阻10的中心位置偏离平面光波导1的芯层8的中心位置，处于偏心位置。本专利技术装置的制备方法，包括：1）将隔离层7、芯层8依次沉积在衬底6上，利用光刻、刻蚀工艺制成平面光波导1；2）利用湿法转移本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于二维碳材料的平面光波导加热装置，其平面光波导（1）由衬底（6）和自下而上依次沉积在衬底（6）上的隔离层（7）、芯层（8）和二维碳材料透明热电阻（10）组成，其特征是：装置包含覆盖在平面光波导（1）上的二维碳材料透明热电阻（10）和连接外部电源的两个接触点（2、3），二维碳材料透明热电阻（10）覆盖在平面光波导（1）的芯层（8）上表面的一侧，两个接触点（2、3）分别经连接导线（4、5）连接在二维碳材料透明热电阻（10）的两端。

【技术特征摘要】
1.一种基于二维碳材料的平面光波导加热装置，其平面光波导（1）由衬底（6）和自下而上依次沉积在衬底（6）上的隔离层（7）、芯层（8）和二维碳材料透明热电阻（10）组成，其特征是：装置包含覆盖在平面光波导（1）上的二维碳材料透明热电阻（10）和连接外部电源的两个接触点（2、3），二维碳材料透明热电阻（10）覆盖在平面光波导（1）的芯层（8）上表面的一侧，两个接触点（2、3）分别经连接导线（4、5）连接在二维碳材料透明热电阻（10）的两端。2.根据权利要求1所述的一种基于二维碳材料的平面光波导加热装置，其特征是：所述的二维碳材料透明热电阻（10）一部分覆盖于平面光波导（1）的芯层（8）上表面的一侧，另一部分覆盖于平面光波导（1）的芯层（8）侧面上。3.根据权利要求1或2所述的一种基于二维碳材料的平面光波导加热装置，其特征是：所述的二维碳材料透明热电阻（10）呈蛇形且部分覆盖在平面光波导（1）的芯层（8）上表面的一侧。4.根据权利要求1所述的一种基于二维碳材料的平面光波导加热装置，其特征是：全部的所述二维碳材料透明热电阻（10）均覆盖在平面光波导（1）的芯层（8）上表面。5.根据权利要求1、2、4任一所述的一种基于二维碳材料的平面光波导加热装置，其特征是：所述的覆盖在芯层（8）上表面的二维碳材料透明热电阻（10）的宽度小于平面光波导（1）上芯层（8）的宽度，二维碳材料透明热电阻（10）的中心位置偏离平面光波导（1）的芯层（8）的中心位置。6.用于制备权利要求1所述装置的一种基于二维碳材料的平面光波导加热装置的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴道锌，于龙海，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33