基于石墨烯/二硫化钼异质结的微环谐振腔电光调制器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于石墨烯/二硫化钼异质结的微环谐振腔电光调制器，包括基底层、直光波导、微环谐振腔波导及石墨烯覆盖层，直光波导和微环谐振腔波导嵌入基底层内，且所述直光波导和微环谐振腔波导之间留有耦合间距，所述石墨烯覆盖层部分覆盖在微环谐振腔波导上表面；所述石墨烯覆盖层包括第一石墨烯层、第二石墨烯层、二硫化钼、第一电极及第二电极，第一石墨烯层和第二石墨烯层之间通过二硫化钼隔离，所述第一石墨烯层从微环谐振腔波导一侧向外延伸并连接第一电极，所述第二石墨烯层从微环谐振腔波导另一侧向外延伸并连接第二电极。本发明专利技术具有超低的光损耗和较低的热光系数，插入损耗小，对环境温度的容忍度大，调制深度好，消光比高。

【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基于石 墨烯/二硫化钼异质结的微环谐振腔电光调制器。
技术介绍
光调制器是光通信系统的基础和关键部件，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。传统光调制器大多基于铌酸锂材料 的电光、热光或者基于硅载流子的色散效应，一般器件体积较大。 石墨烯的问世已经引起了全世界的研究热潮，它是已知材料中最薄的、最牢固 坚硬的、结构也非常稳定的。作为一种密集蜂窝状晶格结构的二维碳原子单层，它不仅具 有优良的导电性能，在室温下传递电子的速度比已知导体都快，而且呈现出与众不同的光 学特性。石墨烯的这些特性使得其在光调制器上可以充分发挥其优势(见文献MingLiu， XiaoboYin,U1in-Avila,etal.Agraphene-basedbroadbandopticalmodulator. Nature，2011，Vol474，p64-67)。但目前石墨烯材料大多直接放在脊形硅光波导上，其 电光作用是通过改变光波导外的消逝场来实现的，相当于对光波导施加微扰来改变整个光 波导，因而对整个光波导的作用较弱，调制深度差，导致调制信号的消光比低。另外，硅材料 光波导本身有相对较高的光损耗，另外还存在对环境温度相对较敏感的问题。 石墨烯的发现让人们对物质世界的认知增加了一个"维度"，即二维材料。逐渐 地，人们认识到自然界中存在许多材料与石墨类似结构的层状材料，即单层内由强的共价 键构成而层间相互作用为弱的范德华力，因而这类材料可以较容易地制备成类石墨烯结构 的二维材料，例如二硫化钼。单层二硫化钼材料具有理想的开关比（高达109)，以及跟硅 相媲美的电子迁移率，约l〇〇〇cm2V-ls_l(见文献B.Radisavljevic,A.Radenovic,J. Brivio,etal.Single-layerMoS2transistors.Nat.Nanotechnology, 2011，Vol6， pl47-150)〇 本专利技术的目的是为了解决传统电光调制器尺寸较大和目前硅光波导调制器中存 在的对环境温度相对敏感的难题，并针对目前石墨烯光调制器的调制深度差、消光比低的 不足，提出了基于石墨烯/二硫化钼异质结微环谐振腔电光调制器，二硫化钼具有跟石墨 烯互补的电子和光学特性，可以发挥石墨烯和类硫化钼材料在光学和电子特性上的各自优 势，可大大提高电致光学吸收的效率；用氮化硅作为波导材料，利用直光波导和微环谐振腔 之间的耦合效应，调控环形腔的损耗来对光信号进行调制。
技术实现思路
本专利技术克服了现有技术的不足，提供了一种基于石墨烯/二硫化钼异质结的微环谐振 腔电光调制器，解决了以往电光调制器对环境温度相对敏感，以及现有石墨烯光调制器的 调制深度差、消光比低的技术难题。 为解决上述的技术问题，本专利技术采用以下技术方案： 基于石墨烯/二硫化钼异质结的微环谐振腔电光调制器，包括基底层、直光波导、微环 谐振腔波导及石墨烯覆盖层，直光波导和微环谐振腔波导嵌入基底层内，且所述直光波导 和微环谐振腔波导之间留有耦合间距，所述石墨烯覆盖层部分覆盖在微环谐振腔波导上表 面；所述石墨烯覆盖层包括第一石墨烯层、第二石墨烯层、二硫化钼、第一电极及第二电极， 第一石墨烯层和第二石墨烯层之间通过二硫化钼隔离，所述第一石墨烯层从微环谐振腔波 导一侧向外延伸并连接第一电极，所述第二石墨烯层从微环谐振腔波导另一侧向外延伸并 连接第二电极。 作为本专利技术的第一个优化方案，所述第一石墨烯层和第二石墨烯层在微环谐振腔 波导上端重叠，且第一石墨烯层和第二石墨烯层被二硫化钼隔离构成异质结。 作为本专利技术的第二个优化方案，所述耦合间距的间距大小为0. 2~0. 9μπι。 作为本专利技术的第三个优化方案，所述直光波导和微环谐振腔波导的材料是氮化 娃。 作为本专利技术的第四个优化方案，所述基底层的材料为二氧化硅。 作为本专利技术的第五个优化方案，所述第一电极和第二电极的材质为金、银、铜、铂、 钛、镍、钴、钯中的一种或者二种以上的合金。 与现有技术相比，本专利技术的有益效果是： 1、本专利技术的电光调制器用氮化硅作为波导材料，具有超低的光损耗和较低的热光系 数，插入损耗小，对环境温度的容忍度大。 2、本专利技术相比于传统铌酸锂材料的电光调制器具有更小的器件尺寸，石墨烯具有 宽光谱吸收，适用的光谱范围大大提高，且与传统CMOS工艺兼容。 3、本专利技术的电光调制器中由于石墨稀具有超尚的电子迁移率，从而具有超尚的调 制速率。 4、本专利技术与单纯的石墨烯材料相比，通过二硫化钼和第一石墨烯层、第二石墨烯 层构成异质结，可以克服石墨烯弱光学响应的缺点，二硫化钼具有跟石墨烯互补的电子和 光学特性，可以发挥石墨烯和二硫化钼材料在光学和电子特性上的各自优势，可大大提高 电致光学吸收的效率，调制深度好，消光比高。【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是本专利技术的结构示意图； 图2是本专利技术石墨烯覆盖层的横截面示意图； 图3是本专利技术的实施例电光调制器工作原理示意图； 图4是本专利技术的实施例电光调制器归一化传输函数随着微环谐振腔光损耗因子变化 而变化的曲线图； 图中的标号分别表示为基底层；2-直光波导；3-微环谐振腔波导；4-石墨烯覆盖 层；41-第一石墨烯层；42-第二石墨烯层；43-二硫化钼；44-第一电极；45-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，基于石墨烯/二硫化钼异质结的微环谐振腔电光调制器，包括基 底层1、直光波导2、微环谐振腔波导3及石墨烯覆盖层4,直光波导2和微环谐振腔波导3 嵌入基底层1内，且所述直光波导2和微环谐振腔波导3之间留有耦合间距，所述石墨烯覆 盖层4部分覆盖在微环谐振腔波导3上表面；所述石墨烯覆盖层4包括第一石墨烯层41、 第二石墨烯层42、二硫化钼43、第一电极44及第二电极45,第一石墨烯层41和第二石墨烯 层42之间通过二硫化钼43隔离，所述第一石墨烯层41从微环谐振腔波导3 -侧向外延伸 并连接第一电极44,所述第二石墨烯层42从微环谐振腔波导3另一侧向外延伸并连接第二 电极45。 进一步的，所述第一石墨烯层41和第二石墨烯层42在微环谐振腔波导3上端重 叠，且当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于石墨烯/二硫化钼异质结的微环谐振腔电光调制器，其特征在于：包括基底层(1)、直光波导(2)、微环谐振腔波导(3)及石墨烯覆盖层（4），直光波导(2)和微环谐振腔波导(3) 嵌入基底层(1)内，且所述直光波导(2)和微环谐振腔波导(3)之间留有耦合间距，所述石墨烯覆盖层（4）部分覆盖在微环谐振腔波导(3)上表面；所述石墨烯覆盖层（4）包括第一石墨烯层(41)、第二石墨烯层(42)、二硫化钼(43)、第一电极(44)及第二电极(45)，第一石墨烯层(41)和第二石墨烯层(42)之间通过二硫化钼(43)隔离，所述第一石墨烯层(41)从微环谐振腔波导(3)一侧向外延伸并连接第一电极(44)，所述第二石墨烯层(42)从微环谐振腔波导(3)另一侧向外延伸并连接第二电极(45)。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陆荣国，叶胜威，田朝辉，夏瑞杰，寿晓峰，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