一种石墨烯偏振不敏感电光调制器结构制造技术

本发明专利技术公开了一种新型的石墨烯偏振不敏感电光调制器结构，包括光波导基底层，光波导基底层的上方设置有梯形结构的光波导层，光波导层的上表面和两侧面覆盖有外光波导层，外光波导层和光波导层之间设置有全部或部分重叠的第一石墨烯层和第二石墨烯层，第一石墨烯层和第二石墨烯层之间设置有隔离介质层，所述第一石墨烯层连接有第一电极，所述第二弧形石墨烯层连接有第二电极。本发明专利技术可以同时对TE和TM模的光吸收系数进行一致的动态调谐，从而实现对光波的偏振不敏感调制，有效地解决了目前石墨烯光调制器对入射光波的偏振方向敏感的技术难题,制备工艺方面更容易实现，易于集成，并具有调制速率高、功耗低的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电光调制器，属光电子
，更具体的说是涉及一种新型的石墨烯偏振不敏感电光调制器结构。
技术介绍
光调制器是将电信号转变为光信号送入光纤进行传输的模块，是光纤通信系统中的关键器件之一。在短脉冲的产生、信号的解复用、数据编码、光互联、波长交换、光分插复用等领域有着广泛的应用，是未来高速光通信系统的核心器件之一，有着极为广阔的应用空间。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，有着独特、优异的光电子学特性，被认为在未来是传统的半导体材料的理想代替者。石墨烯在室温下具有20，000cm2/Vs的载流子迀移率，大约是硅材料的载流子迀移率100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。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，正是因为石墨烯具有这些优异的特性，所以石墨烯材料被认为在光电子器件方面有着潜在的重要应用。目前基于石墨烯材料的光学调制器已经得到广泛的研究，大多都是基于传统的SOI光波导结构，在波导的表面铺设石墨烯层，将偏置电压作用于石墨烯薄片上，以改变石墨烯材料本身的费米能级来改变光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(见文献Ming Liu, Xiaobo Yin, U1 in-Avila, et al.Agraphene-based broadband optical modulator.Nature, 2011, Vol 474, p64_67 和文献 Gosciniak Jacek, Tan Dawn T H.Theoretical investigat1n of graphene-basedphotonic modulators.Scientific Reports, 2013, Vol 3)。但目前基于石墨稀材料的电光调制器都存在一个共同的缺陷，都是偏振相关的，即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，而对其他偏振方向的光波调制效果不明显，这限制了这种光调制器的使用范围。基于石墨烯的偏振不敏感电光调制器也已得到报道，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:基板，石墨烯水平嵌入的第一石墨烯脊形波导，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层与第二石墨烯脊形波导中嵌入的石墨烯层相互垂直。正如上面所述的结构，一段光波导中同时包含有一段水平嵌入的石墨烯层和一段垂直嵌入的石墨稀，对工艺要求较高，较难实现。又如申请号为201510469011.9的专利技术专利公开了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，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。正如上面所述的基于D形波导结构，为实现良好的偏振无关调制效果，在实现D形波导的制备工艺方面存在较大的难度。正如上述现有的基于石墨烯电光调制器中存在的问题，都是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术克服了现有技术的不足，提供了一种新型的石墨烯偏振不敏感电光调制器结构，解决了以往石墨烯光调制器制备工艺较难实现和对入射光波的偏振方向敏感的问题。为解决上述的技术问题，本专利技术采用以下技术方案: 一种新型的石墨烯偏振不敏感电光调制器结构，包括光波导基底层，光波导基底层的上方设置有梯形结构的光波导层，光波导层的上表面和两侧面覆盖有外光波导层，外光波导层和光波导层之间设置有全部或部分重叠的第一石墨烯层和第二石墨烯层，第一石墨烯层和第二石墨烯层之间设置有隔离介质层，所述第一石墨烯层从光波导层两侧面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光波导层的另一侧延伸出来并连接有第二电极。作为本专利技术的第一个优化方案，所述光波导层的两侧面均是有一定倾斜角度的倾斜面。作为本专利技术的第二个优化方案，所述外光波导层的横截面为矩形、半圆或半椭圆形。作为本专利技术的第三个优化方案，所述隔离介质层的厚度为5nm—lOOnm。作为本专利技术的第四个优化方案，所述外光波导层和光波导层材质相同，该材质为硅、锗、锗硅合金、II1-V族半导体或I1-1V族半导体中的任意一种。作为本专利技术的第五个优化方案，所述隔离介质层由绝缘材料制成，该绝缘材料为硅氧化物、硅氮氧化物或硼氮化物。作为本专利技术的第六个优化方案，所述第一电极和第二电极的材质为金、银、铜、铂、钛、镍、钴、钯中的任意一种或任意两种以上的合金。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是: 1、本专利技术设置梯形结构的光波导来引入具有倾斜放置的石墨烯层，施加偏置电压，可以同时对TE和TM模的光吸收系数进行一致的动态调谐，从而实现对光波的偏振不敏感调制，有效地解决了目前石墨烯光调制器对入射光波的偏振方向敏感的技术难题。2、本专利技术梯形结构的光波导相对于D形波导结构，在制备工艺方面更容易实现。3、本专利技术的电光调制器制备工艺上可与传统的SO1、CMOS工艺相兼容，易于集成，并具有调制速率尚、功耗低的优点。【附图说明】下面结合附图和【具体实施方式】对本专利技术作进一步详细说明。图1是本专利技术实施例外光波导层为矩形时调制器光波导的横截面示意图； 图2是本专利技术实施例外光波导层为半椭圆形时调制器光波导的横截面示意图； 图3是本专利技术实施例外光波导层为矩形时调制器光波导TE、TM模吸收系数随石墨烯化学势能变化的示意图； 图4是本专利技术实施例外光波导层为半椭圆形时调制器光波导TE、TM模吸收系数随石墨烯化学势能变化的示意图； 图5是本专利技术实施例外光波导层为矩形时调制器光波导TE、TM模在开“0N”和关“OFF”状态时归一化的输出光功率随着传播距离的衰减图； 图6是本专利技术实施例外光波导层为半椭圆形时调制器光波导TE、TM模在开“0N”和关“OFF”状态时归一化的输出光功率随着传播距离的衰减图； 图中的标号分别表示为:1_光波导基底层；2_光波导层；3_外光波导层；4_第一石墨烯层；5_第二石墨烯层；6_隔离介质层；7_第一电极；8_第二电极。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。本专利技术的实施方式包括但不限于下列实施例。实施例如图1-图2所示，一种新型的石墨烯偏振不敏感电光调制器结构，包括光波导基底层1，光波导基底层1的上方设置有梯形结构的光波导层2，光波导层2的上表面和两侧面覆盖有外光波导层3，外光波导层3和光波导层当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型的石墨烯偏振不敏感电光调制器结构，包括光波导基底层（1），其特征在于，光波导基底层（1）的上方设置有梯形结构的光波导层（2），光波导层（2）的上表面和两侧面覆盖有外光波导层（3），外光波导层（3）和光波导层（2）之间设置有全部或部分重叠的第一石墨烯层（4）和第二石墨烯层（5），第一石墨烯层（4）和第二石墨烯层（5）之间设置有隔离介质层（6），所述第一石墨烯层（4）从光波导层（2）两侧面的一侧延伸出来并连接有第一电极（7），所述第二弧形石墨烯层（5）从光波导层（2）的另一侧延伸出来并连接有第二电极（8）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘永，叶胜威，夏瑞杰，邹新海，袁飞，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