一种基于弧形石墨烯的偏振不敏感光调制器制造技术

本发明专利技术属于光电技术领域，公开了一种基于弧形石墨烯的偏振不敏感光调制器，用于解决现有石墨烯光调制器存在的使用范围窄的问题。本发明专利技术包括光波导基底层，光波导基底层的上方设置有电介质层，电介质层的上方设置有D形波导层，D形波导层的外围包覆有第二弧形石墨烯层，第二弧形石墨烯层的外围包覆有第一弧形石墨烯层，第一弧形石墨烯层的外围包覆有矩形波导层，矩形波导层与第一弧形石墨烯层之间、第一弧形石墨烯层与第二弧形石墨烯层之间以及第二弧形石墨烯层与D形波导层之间均设置有隔离介质层；第一弧形石墨烯层从D形波导的一侧延伸出来并连接有第一电极，第二弧形石墨烯层从D形波导层的另一侧延伸出来并连接有第二电极。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光电
，具体公开了一种基于弧形石墨烯的偏振不敏感光调制 器。
技术介绍
光调制器是光通信系统的基础部件，其功能是改变通过光调制器的光载波的强 度、相位、偏振等特性，将电信号加载到光载波上。传统的光调制器有基于等离子色散效应 的Si基光调制器、基于Pockels效应的铌酸锂和聚合物光调制器、基于F-K效应或量子限 制Stark效应的InP基光调制器。但传统的光调制器受自身材料特性的限制，Si基光调制 器和铌酸锂光调制器的调制速率已达到瓶颈，突破40GHz极为困难，且器件体积较大、调制 电压较高；聚合物光调制器的热和化学稳定性较差；InP基光调制器工艺复杂、成本高，且 有较大的啁嗽。 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200, OOOcmVVs的载流子迀移率，大约是硅 材料的载流子迀移率1〇〇倍以上，意味着基于石墨烯的电子器件可以在超高速率下工作， 理论工作速率可以达到500GHz。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。另外，在工艺方面，石墨烯与传统的CMOS工艺兼容，易于集成。这些特殊的光电特 性使得石墨烯在高速光电子集成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 来改变波导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 南犬 Ming Liu, Xiaobo Yin, Ulin-Avila, E,BaisongGeng, Zentgraf T, Long Ju, Feng Wang, Xiang Zhang. A graphene-based broadband optical modulator. Nature, 2011， Vol 474， p64_67 和 Gosciniak Jacek， Tan Dawn TH. Theoretical investigation of graphene-based photonic modulators. Scientific Reports, 2013， Vol 3)〇 这种将石墨烯层水平铺设于光波导的表面或中间，例如申请号为201410370459. 0 的专利技术专利公开了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；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；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。 又如申请号为201310431112. 8的专利技术专利公开了一种新型的石墨烯电光调制器 结构，，包括石墨烯脊型光波导、硅层和二氧化硅基片，二氧化硅基片上沉积硅层，再在硅层 上平行设置两条石墨烯脊型光波导；石墨烯脊型光波导由两层厚度相等的硅波导层和二氧 化硅基片构成，硅波导层制作在二氧化硅基片上，硅波导层间区域设有两层石墨烯层和三 层氧化铝隔离层，从上而下的顺序为氧化铝隔离层、石墨烯层、氧化铝隔离层、石墨烯层、氧 化铝隔离层。 申请号为201410163464. 4的专利技术专利公开了一种具有四层石墨烯结构的光调制 器，包括一个SOI光波导，SOI光波导包括绝缘层位于绝缘层下表面的半导体衬底层和位 于绝缘层上表面的半导体光波导层；半导体光波导层上方具有相互重叠的第一脊部和第二 脊部，第一脊部和第二脊部的材料与半导体光波导层的材料相同；在半导体光波导层与第 一脊部之间具有第一石墨烯层和第二石墨烯层，第一石墨烯层与半导体光波导层之间具有 第一隔离介质层，第一石墨烯层和第二石墨烯层之间具有第二隔离介质层，第二石墨烯层 与第一脊部之间具有第三隔离介质层；在第一脊部与第二脊部之间具有第三石墨烯层和第 四石墨烯层，第三石墨烯层与第一脊部之间具有第四隔离介质层，第三石墨烯层和第四石 墨烯层之间具有第五隔离介质层，第四石墨烯层与第二脊部之间具有第六隔离介质层；第 一脊部和第二脊部的前后两个共同的端面分别作为光调制器的光输入、输出端；第一石墨 烯层和第二石墨烯层中，一层石墨烯从第一脊部和第二脊部共同的一个侧面延伸出，另一 层石墨烯从第一脊部和第二脊部共同的另一个侧面延伸出；第三石墨烯层和第四石墨烯层 中，一层石墨烯从第一脊部和第二脊部共同的一个侧面延伸出，另一层石墨烯从第一脊部 和第二脊部共同的另一个侧面延伸出；从第一脊部和第二脊部共同的一个侧面延伸出的两 层石墨烯采用第一金属电极互连，从第一脊部和第二脊部共同的另一个侧面延伸出的两层 石墨烯采用第二金属电极互连。 正如上面讲述的现有石墨烯层水平铺设于光波导的表面或中间，虽然制作工艺相 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地调制，即都是偏振相关的，限制了这种光 调制器的使用范围，本领域技术人员亟需解决该技术问题。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有石墨烯光调制器存在的只能对特定偏振方向的光波产生有 效地的调制而导致的使用范围窄的问题，而提供一种基于弧形石墨烯的偏振不敏感光调制 器，对TE，TM模都有着较大的吸收，且通过合理设计波导结构的尺寸，可以使TE、TM模的光 吸收系数十分接近，起到同时对TE、TM模光进行有效调制，解决了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，具有使用范围广的特点。 为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是： 一种基于弧形石墨烯的偏振不敏感光调制器，包括光波导基底层，所述光波导基底层 的上方设置有电介质层，其特征在于，所述电介质层的上方设置有D形波导层，所述D形波 导层的外围包覆有第二弧形石墨烯层，所述第二弧形石墨烯层的外围包覆有第一弧形石墨 烯层，所述第一弧形石墨烯层的外围包覆有矩形波导层，所述矩形波导层与第一弧形石墨 烯层之间、第一弧形石墨烯层与第二弧形石墨烯层之间以及第二弧形石墨烯层与D形波导 层之间均设置有隔离介质层；所述第一弧形石墨烯层从D形波导层的一侧延伸出来并连接 有第一电极，所述第二弧形石墨烯层从D形波导层的另一侧延伸出来并连接有第二电极。 所述D形波导层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于弧形石墨烯的偏振不敏感光调制器，包括光波导基底层，所述光波导基底层的上方设置有电介质层，其特征在于，所述电介质层的上方设置有D形波导层，所述D形波导层的外围包覆有第二弧形石墨烯层，所述第二弧形石墨烯层的外围包覆有第一弧形石墨烯层，所述第一弧形石墨烯层的外围包覆有矩形波导层，所述矩形波导层与第一弧形石墨烯层之间、第一弧形石墨烯层与第二弧形石墨烯层之间以及第二弧形石墨烯层与D形波导层之间均设置有隔离介质层；所述第一弧形石墨烯层从D形波导的一侧延伸出来并连接有第一电极，所述第二弧形石墨烯层从D形波导层的另一侧延伸出来并连接有第二电极。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘永，叶胜威，王子帅，夏瑞杰，邹新海，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