一种光相位调制器和光束扫描器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种光相位调制器和光束扫描器，所述光相位调制器包括：衬底；在所述衬底上按照第一方向设置的条形光波导结构；覆盖在部分所述条形光波导结构上的石墨烯薄膜；在第二方向上设置在所述条形光波导结构一侧的第一金属电极，和设置在所述条形光波导结构另一侧的第二金属电极；所述第一金属电极和所述第二金属电极均与所述石墨烯薄膜接触连接；其中，所述第一方向和所述第二方向均平行于所述衬底，且所述第一方向与所述第二方向垂直。该光相位调制器采用石墨烯薄膜为加热材料，在实现相位调制的前提下，极大程度的提高了加热效率和器件的工作速度。

【技术实现步骤摘要】
一种光相位调制器和光束扫描器
本技术涉及光通信网络、光互连、空间光通信和激光雷达
，更具体地说，尤其涉及一种光相位调制器和光束扫描器。
技术介绍
热光开关是光通信网络中的重要组件，一个典型的热光开关结构为M-Z干涉型热光开关，该结构热光开关的工作原理为利用热效应改变波导折射率，从而改变一路光传播的相位，光再次干涉时强度发生改变。光相控阵列光束扫描器可以对发射光束的形状和方向进行调整，由于没有机械组件，因此具有更高的可靠性和工作速度，在空间通信、全固态激光雷达等领域有广泛的应用价值。其中，硅基光相控阵列光束扫描器的工作原理是利用热光效应改变波导折射率，从而改变各发射单元的相位，以此改变光束的发射方向。上述两种应用的核心器件均是热光光相位调制器，因此实现高加热效率和高工作速度的热光光相位调制器具有重要意义。目前国际上制备的硅基热光光相位调制器通常采用硅PN结产热或金属电极产热两种方法。对于第一种方法而言，利用正向偏置的硅PN结产生较大的电流，从而产生焦耳热，但是硅PN结正向偏置时向硅波导注入载流子，引入的载流子会对光进行吸收，且该方法制备工艺复杂，设计绝热结构复杂；对于第二种方法而言，通过给金属电极通过电流，从而产生焦耳热，但是金属电极有很强的光吸收，因此金属电极和硅波导之间通常有一定厚度的氧化硅或空气层，这不利于热传导，限制器件的加热效率和工作速度。
技术实现思路
为解决上述问题，本技术提供了一种光相位调制器和光束扫描器，该光相位调制器采用石墨烯薄膜为加热材料，在实现相位调制的前提下，极大程度的提高了加热效率和器件的工作速度。为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：一种光相位调制器，所述光相位调制器包括：衬底；在所述衬底上按照第一方向设置的条形光波导结构；覆盖在部分所述条形光波导结构上的石墨烯薄膜；在第二方向上设置在所述条形光波导结构一侧的第一金属电极，和设置在所述条形光波导结构另一侧的第二金属电极；所述第一金属电极和所述第二金属电极均与所述石墨烯薄膜接触连接；其中，所述第一方向和所述第二方向均平行于所述衬底，且所述第一方向与所述第二方向垂直。优选的，在上述光相位调制器中，所述衬底为SOI衬底。优选的，在上述光相位调制器中，所述条形光波导结构在所述第二方向上的宽度为300nm-500nm，包括端点值。优选的，在上述光相位调制器中，所述石墨烯薄膜的厚度范围为0.3nm-10nm，包括端点值。优选的，在上述光相位调制器中，所述条形光波导结构的一端设置有输入耦合光栅，所述输入耦合光栅位于所述石墨烯薄膜的一侧。优选的，在上述光相位调制器中，所述第一金属电极和所述第二金属电极的材料相同。本技术还提供了一种光束扫描器，所述光束扫描器包括：衬底；在所述衬底上按照第一方向设置的多条条形光波导结构，构成条形光波导结构阵列；覆盖在部分所述条形光波导结构阵列上的石墨烯薄膜；在第二方向上设置在所述条形光波导结构阵列一侧的第一金属电极，和设置在所述条形光波导结构阵列另一侧的第二金属电极；所述第一金属电极和所述第二金属电极均与所述石墨烯薄膜接触连接；其中，所述第一方向和所述第二方向均平行于所述衬底，且所述第一方向与所述第二方向垂直，所述第二方向垂直于所述条形光波导结构。优选的，在上述光束扫描器中，在所述第二方向上所述石墨烯薄膜在所述条形光波导结构阵列上的覆盖长度逐渐减小，呈等差分布。优选的，在上述光束扫描器中，所述光束扫描器还包括：分束器和输入耦合光栅；其中，所述分束器的一端和所述输入耦合光栅连接，所述分束器的另一端和所述条形光波导结构阵列的一端连接。优选的，在上述光束扫描器中，所述条形光波导结构阵列的另一端设置有输出耦合光栅阵列。通过上述描述可知，本技术提供的一种光相位调制器包括：衬底；在所述衬底上按照第一方向设置的条形光波导结构；覆盖在部分所述条形光波导结构上的石墨烯薄膜；在第二方向上设置在所述条形光波导结构一侧的第一金属电极，和设置在所述条形光波导结构另一侧的第二金属电极；所述第一金属电极和所述第二金属电极均与所述石墨烯薄膜接触连接；其中，所述第一方向和所述第二方向均平行于所述衬底，且所述第一方向与所述第二方向垂直，所述第二方向垂直于所述条形光波导结构。该光相位调制器采用石墨烯薄膜作为加热材料，在实现相位调制的前提下，极大程度的提高了加热效率和器件的工作速度，并且大大缩短了器件的体积，降低器件制备的复杂程度。附图说明为了更清楚地说明本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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本技术实施例提供的一种光相位调制器的结构示意图；图2为本技术实施例提供的一种光束扫描器的结构示意图。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细的说明。参考图1，图1为本技术实施例提供的一种光相位调制器的结构示意图，所述光相位调制器包括：衬底11；在所述衬底11上按照第一方向设置的条形光波导结构12；覆盖在部分所述条形光波导结构12上的石墨烯薄膜13；在第二方向上设置在所述条形光波导结构12一侧的第一金属电极14，和设置在所述条形光波导结构12另一侧的第二金属电极15；所述第一金属电极14和所述第二金属电极15均与所述石墨烯薄膜13接触连接；其中，所述第一方向和所述第二方向均平行于所述衬底11，且所述第一方向与所述第二方向垂直，所述第二方向垂直于所述条形光波导结构12。具体的，所述衬底11为SOI(Silicon-On-Insulator)衬底。进一步的，所述条形光波导结构12在所述第二方向上的宽度为300nm-500nm，包括端点值，例如所述条形光波导结构12在所述第二方向上的宽度为300nm或400nm或450nm。进一步的，所述石墨烯薄膜13的厚度范围为0.3nm-10nm，包括端点值，例如所述石墨烯薄膜13的厚度为0.34nm或4.5nm或6nm。所述石墨烯薄膜13可以直接设置在所述条形光波导结构12上。进一步的，所述条形光波导结构12的一端设置有输入耦合光栅16，所述输入耦合光栅16位于所述石墨烯薄膜13的一侧。其中，所述输入耦合光栅16满足布拉格条件，可选的，所述输入耦合光栅为周期均匀的光栅，其周期可选为620nm，占空比可选为0.5。进一步的，所述第一金属电极14和所述第二金属电极15的材料相同或者不相同。其中，所述第一金属电极14和所述第二金属电极15的材料包括但不限定于Pd、Pt、Ti、Cu或Al等，且所述第一金属电极14和所述第二金属电极15的材料可以为同一种材料或为两种不同材料，或是两种或两种以上材料的合金的组合，在本技术实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光相位调制器，其特征在于，所述光相位调制器包括：衬底；在所述衬底上按照第一方向设置的条形光波导结构；覆盖在部分所述条形光波导结构上的石墨烯薄膜；在第二方向上设置在所述条形光波导结构一侧的第一金属电极，和设置在所述条形光波导结构另一侧的第二金属电极；所述第一金属电极和所述第二金属电极均与所述石墨烯薄膜接触连接；其中，所述第一方向和所述第二方向均平行于所述衬底，且所述第一方向与所述第二方向垂直。

【技术特征摘要】
1.一种光相位调制器，其特征在于，所述光相位调制器包括：衬底；在所述衬底上按照第一方向设置的条形光波导结构；覆盖在部分所述条形光波导结构上的石墨烯薄膜；在第二方向上设置在所述条形光波导结构一侧的第一金属电极，和设置在所述条形光波导结构另一侧的第二金属电极；所述第一金属电极和所述第二金属电极均与所述石墨烯薄膜接触连接；其中，所述第一方向和所述第二方向均平行于所述衬底，且所述第一方向与所述第二方向垂直。2.根据权利要求1所述的光相位调制器，其特征在于，所述衬底为SOI衬底。3.根据权利要求1所述的光相位调制器，其特征在于，所述条形光波导结构在所述第二方向上的宽度为300nm-500nm，包括端点值。4.根据权利要求1所述的光相位调制器，其特征在于，所述石墨烯薄膜的厚度范围为0.3nm-10nm，包括端点值。5.根据权利要求1所述的光相位调制器，其特征在于，所述条形光波导结构的一端设置有输入耦合光栅，所述输入耦合光栅位于所述石墨烯薄膜的一侧。6.根据权利要求1所述的光相位调制器，其特征在于，所述第一金属电极和所述第二金...

【专利技术属性】
技术研发人员：王玉冰，秦莉，单肖楠，宋俊峰，王立军，
申请(专利权)人：王立军，肖大光，
类型：新型
国别省市：吉林,22