一种宽谱光功率分束器及功率分配方法组成比例

本发明专利技术提供一种宽谱光功率分束器及功率分配方法，包括：第一波导和第二波导，所述第一波导和所述第二波导存在互作用区，所述互作用区为石墨烯波导作用区域，用于通过调节所述石墨烯波导作用区域的电压大小，以改变所述石墨烯层的光学电导率，对输出的功率进行调节。本发明专利技术提供的宽谱光功率分束器可改变输出端口的光功率之比，实现片上可重构，尺寸小，工作范围宽。

A wide spectrum optical power splitter and power allocation method

The present invention provides a wide spectrum light power beam splitter and power distribution method, including: the first waveguide and the second waveguide, the first waveguide and the second waveguide have interaction zones, the interacting region is a graphene waveguide action area, for adjusting the voltage size of the graphene wave conduction region by adjusting the voltage of the graphene wave conduction region. The optical conductivity of the graphene layer adjusts the output power. The wide spectrum optical power splitter provided by the invention can change the optical power ratio of the output port, and realize reconfigurable on chip, small size and wide working range.

【技术实现步骤摘要】
一种宽谱光功率分束器及功率分配方法
本专利技术涉及光电子集成
，具体涉及一种宽谱光功率分束器及功率分配方法。
技术介绍
光功率分束器件是集成光子系统中的重要单元器件之一。目前片上系统的光功率分束主要由多模干涉耦合器(MultimodeInterference,MMI)实现，通过对多模干涉区域的结构设计，利用多模波导的自映像效应，可以在较小的器件尺寸下实现固定比例的光功率分束器件。传统的多模干涉耦合器通过对多模干涉区域的硅波导进行不同程度的刻蚀，改变自映像点光功率的比例从而实现功率分束功能。然而这类结构一经制作完成则光功率分束比例即固定，对于不同波长或不同分束比需要不同的设计。故传统基于多模干涉耦合器的无源光功率分束器很难满足复杂应用系统中对多种分束比或分束比实时变化的需求。方向耦合器(DirectionalCoupler)作为常见的光波导器件，由于其结构精简，工艺容差大，损耗低，均衡性好等优点被应用于诸多场景，如光功率分(合)束，光开关，波分复用，模式转换等。耦合模理论(coupled-modetheory)是方向耦合器的基本原理。二十世纪五十年代，耦合模理论首次被提出，用于解释微波传输线之间的模式微扰。而后，耦合模理论在纳米光波导器件中被广泛应用，其基本思想是用已知无扰动波导的本征模来解释扰动波导的传输状态。而对于以耦合模理论为基础的方向耦合器，如果我们能够控制并改变两个波导的传输常数，在波导耦合长度Lc处两波导的光强度之比也会发生变化，从而达到控制分光比的作用。对于常见的硅基波导结构，改变其折射率的方法一般有热调和电调两种。热调主要应用硅的热光效应，通过改变器件结构的温度来实现折射率的改变，这种方式响应速度较慢且可控性较差。由于硅是中心反演对称晶体，其一阶电光系数为0且高阶电光效应很弱，折射率的电调主要是通过掺杂硅的等离子色散效应进行，而自由载流子的掺杂会导致额外的器件损耗，用其作为分光器件使功耗成本大大增加，故其也不适用于光功率分束结构。因此，如何提出一种方法，能够实现片上光输出功率比可调，成为亟待解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供了一种宽谱光功率分束器及功率分配方法。第一方面，本专利技术提供一种宽谱光功率分束器，包括：第一波导和第二波导，所述第一波导和所述第二波导存在互作用区，所述互作用区为石墨烯波导作用区域，用于通过调节所述石墨烯波导作用区域的电压大小，以改变所述石墨烯层的光学电导率，对输出的功率进行调节。第二方面，本专利技术提供的功率分配方法，包括：从第一波导的输入端输入光信号；通过调节互作用区的电压大小，调节所述光信号在所述第一波导的输出端和第二波导的输出端的功率输出比例，其中所述互作用区为石墨烯波导作用区域。本专利技术提供的一种宽谱光功率分束器及功率分配方法，通过调节波导的相互作用区施加的电压值，并且在波导上增加石墨烯，从而改变硅波导的有效折射率，从而改变定向耦合器两个输出端口的光功率之比，实现片上可重构，尺寸小，工作范围宽，具有较高的工艺容差等特点。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种宽谱光功率分束器的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的功率分配方法的流程示意图；图3所示的单层石墨烯波导器件的结构示意图；图4为石墨烯波导线致折射原理示意图；图5为本专利技术实施例提供的石墨烯波导有效折射率变化时，输出端口的光强仿真结果图；图6为本专利技术又一实施例提供的光功率分束器的结构示意图；图7为本专利技术又一实施例提供的光功率分束器的结构示意图；图8为本专利技术又一实施例提供的光功率分束器的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1为本专利技术实施例提供的一种宽谱光功率分束器的结构示意图，如图1所示，至少包括：第一波导和第二波导，所述第一波导和所述第二波导存在互作用区，所述互作用区为石墨烯波导作用区域，用于通过调节所述石墨烯波导作用区域的电压大小，以改变所述石墨烯层的光学电导率，对输出的功率进行调节。具体地，本专利技术实施例提供的宽谱光功率分束器，包括第一波导和第二波导，且有相互作用区，在本专利技术实施例中采用的是硅基石墨烯波导定向耦合器，包括：一条输入波导和一条下载波导，石墨烯-波导作用区域以及相应的信号和接地电极结构。光源从输入端进入上侧波导，经过石墨烯-波导互作用区域之后，光功率根据耦合模理论按照电压加载情况以相应的比例分别从输出端1和输出端2输出，从而实现了功率分束的作用。本专利技术提供的一种宽谱光功率分束器，通过调节波导的相互作用区施加的电压值，并且在波导上增加石墨烯，从而改变硅波导的有效折射率，从而改变定向耦合器两个输出端口的光功率之比，实现片上可重构，尺寸小，工作范围宽，具有较高的工艺容差等特点。可选地，所述石墨烯波导作用区域包括二氧化硅埋氧层、有源波导层、氧化铝层、石墨烯层和电极层，并从下到上依次排列；其中：所述石墨烯层位于所述氧化铝层上面，作为电容结构的上极板，用于通过对所述石墨烯层加载电压，以改变所述石墨烯层的光学电导率。在上述实施例的基础上，具体地，所述石墨烯波导作用区域包括二氧化硅埋氧层、有源波导层、氧化铝层、石墨烯层和电极层，并从下到上依次排列；其中：所述石墨烯层位于所述氧化铝层上面，作为电容结构的上极板，用于通过对所述石墨烯层加载电压，可以改变石墨烯层的化学势，以改变所述石墨烯层的光学电导率，从而改变石墨烯硅基波导整体的吸收系数与有效折射率，对输出的功率进行调节。本专利技术提供的一种宽谱光功率分束器，通过调节波导的相互作用区施加的电压值，并且在波导上增加石墨烯，从而改变硅波导的有效折射率，从而改变定向耦合器两个输出端口的光功率之比，实现片上可重构，尺寸小，工作范围宽，具有较高的工艺容差等特点。可选地，所述有源波导层位于所述二氧化硅埋氧层和所述氧化铝层之间，至少包括：轻掺杂的脊波导和重掺杂的脊波导，其中，所述轻掺杂的脊波导用于和所述电容结构的下极板，重掺杂的脊波导用于与接地电极形成欧姆接触。可选地，所述氧化铝层为电解质层，用于在波导与石墨烯之间形成电容结构，用于通过调节所述氧化铝层厚度来调整改变器件的响应时间和效率。在上述实施例的基础上，所述有源波导层位于所述二氧化硅埋氧层和所述氧化铝层之间，至少包括：轻掺杂的脊波导和重掺杂的脊波导，其中，所述轻掺杂的脊波导用于和所述电容结构的下极板，重掺杂的脊波导用于与接地电极形成欧姆接触。其中氧化铝构成电解质层，用于在波导与石墨烯之间形成电容结构，调节氧化铝厚度可以调整电容大小从而改变器件的响应时间，同时，氧化铝的厚度也会影响电压对石墨烯硅波导折射率变化的效率。本专利技术提供的一种宽谱光功率分束器，通过调节波导的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种宽谱光功率分束器，其特征在于，至少包括：第一波导和第二波导，所述第一波导和所述第二波导存在互作用区，所述互作用区为石墨烯波导作用区域，用于通过调节所述石墨烯波导作用区域的电压大小，以改变所述石墨烯层的光学电导率，对输出的功率进行调节。

【技术特征摘要】
1.一种宽谱光功率分束器，其特征在于，至少包括：第一波导和第二波导，所述第一波导和所述第二波导存在互作用区，所述互作用区为石墨烯波导作用区域，用于通过调节所述石墨烯波导作用区域的电压大小，以改变所述石墨烯层的光学电导率，对输出的功率进行调节。2.根据权利要求1所述的分束器，其特征在于，所述石墨烯波导作用区域包括二氧化硅埋氧层、有源波导层、氧化铝层、石墨烯层和电极层，并从下到上依次排列；其中：所述石墨烯层位于所述氧化铝层上面，作为电容结构的上极板，用于通过对所述石墨烯层加载电压，以改变所述石墨烯层的光学电导率。3.根据权利要求2所述的分束器，其特征在于，所述有源波导层位于所述二氧化硅埋氧层和所述氧化铝层之间，至少包括轻掺杂的脊波导和重掺杂的脊波导。4.根据权利要求3所述的分束器，其特征在于，所述轻掺杂的脊波导用于和所述电容结构的下极板，重掺杂的脊波导用于与接地电极形成欧姆接...

【专利技术属性】
技术研发人员：舒浩文，王兴军，陶源盛，金明，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京,11