一種新型的石墨烯偏振不敏感電光調(diào)制器結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電光調(diào)制器，屬光電子技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說(shuō)是涉及一種新型的石墨烯偏振不敏感電光調(diào)制器結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]光調(diào)制器是將電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?hào)送入光纖進(jìn)行傳輸?shù)哪K，是光纖通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件之一。在短脈沖的產(chǎn)生、信號(hào)的解復(fù)用、數(shù)據(jù)編碼、光互聯(lián)、波長(zhǎng)交換、光分插復(fù)用等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，是未來(lái)高速光通信系統(tǒng)的核心器件之一，有著極為廣闊的應(yīng)用空間。
[0003]石墨烯是一種蜂窩形的二維六方碳結(jié)構(gòu)材料，是一種新型的材料，有著獨(dú)特、優(yōu)異的光電子學(xué)特性，被認(rèn)為在未來(lái)是傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料的理想代替者。石墨烯在室溫下具有20，000cm2/Vs的載流子迀移率，大約是硅材料的載流子迀移率100倍以上，意味著基于石墨烯的電子器件可以在超高速率下工作。石墨烯在外加電壓下，光導(dǎo)率也會(huì)隨之發(fā)生變化，從而改變其折射率和吸收率，同時(shí)，石墨烯具有的零帶隙結(jié)構(gòu)，使它可以在非常寬的光波長(zhǎng)范圍內(nèi)發(fā)揮作用。另外，在工藝方面，石墨烯與傳統(tǒng)的CMOS工藝兼容，易于集成，正是因?yàn)槭┚哂羞@些優(yōu)異的特性，所以石墨烯材料被認(rèn)為在光電子器件方面有著潛在的重要應(yīng)用。
[0004]目前基于石墨烯材料的光學(xué)調(diào)制器已經(jīng)得到廣泛的研究，大多都是基于傳統(tǒng)的SOI光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，在波導(dǎo)的表面鋪設(shè)石墨烯層，將偏置電壓作用于石墨烯薄片上，以改變石墨烯材料本身的費(fèi)米能級(jí)來(lái)改變光波導(dǎo)對(duì)入射光的折射率或吸收率，從而達(dá)到對(duì)入射光的相位或振幅的調(diào)制(見(jiàn)文獻(xiàn)Ming Liu, Xiaobo Yin, U1 in-Avila, et al.Agraphene-based broadband optical modulator.Nature, 2011, Vol 474, p64_67 和文獻(xiàn) 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電光調(diào)制器都存在一個(gè)共同的缺陷，都是偏振相關(guān)的，即對(duì)入射光的偏振方向敏感，只能對(duì)特定偏振方向的光波產(chǎn)生有效的調(diào)制，而對(duì)其他偏振方向的光波調(diào)制效果不明顯，這限制了這種光調(diào)制器的使用范圍。
[0005]基于石墨烯的偏振不敏感電光調(diào)制器也已得到報(bào)道，例如申請(qǐng)?zhí)枮?01410370459.0的發(fā)明專利公開(kāi)了一種基于石墨烯的偏振不敏感光調(diào)制器:基板，石墨烯水平嵌入的第一石墨烯脊形波導(dǎo)，石墨烯垂直嵌入的第二石墨烯脊形波導(dǎo)，第一石墨烯脊形波導(dǎo)和第二石墨烯脊形波導(dǎo)均位于基板上，第一石墨烯脊形波導(dǎo)中嵌入的石墨烯層與第二石墨烯脊形波導(dǎo)中嵌入的石墨烯層相互垂直。
[0006]正如上面所述的結(jié)構(gòu)，一段光波導(dǎo)中同時(shí)包含有一段水平嵌入的石墨烯層和一段垂直嵌入的石墨稀，對(duì)工藝要求較高，較難實(shí)現(xiàn)。
[0007]又如申請(qǐng)?zhí)枮?01510469011.9的發(fā)明專利公開(kāi)了一種基于弧形石墨烯的偏振不敏感光調(diào)制器，包括光波導(dǎo)基底層，光波導(dǎo)基底層的上方設(shè)置有電介質(zhì)層，電介質(zhì)層的上方設(shè)置有D形波導(dǎo)層，D形波導(dǎo)層的外圍包覆有第二弧形石墨烯層，第二弧形石墨烯層的外圍包覆有第一弧形石墨烯層，第一弧形石墨烯層的外圍包覆有矩形波導(dǎo)層，矩形波導(dǎo)層與第一弧形石墨烯層之間、第一弧形石墨烯層與第二弧形石墨烯層之間以及第二弧形石墨烯層與D形波導(dǎo)層之間均設(shè)置有隔離介質(zhì)層；第一弧形石墨烯層從D形波導(dǎo)的一側(cè)延伸出來(lái)并連接有第一電極，第二弧形石墨烯層從D形波導(dǎo)層的另一側(cè)延伸出來(lái)并連接有第二電極。
[0008]正如上面所述的基于D形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，為實(shí)現(xiàn)良好的偏振無(wú)關(guān)調(diào)制效果，在實(shí)現(xiàn)D形波導(dǎo)的制備工藝方面存在較大的難度。
[0009]正如上述現(xiàn)有的基于石墨烯電光調(diào)制器中存在的問(wèn)題，都是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的技術(shù)問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種新型的石墨烯偏振不敏感電光調(diào)制器結(jié)構(gòu)，解決了以往石墨烯光調(diào)制器制備工藝較難實(shí)現(xiàn)和對(duì)入射光波的偏振方向敏感的問(wèn)題。
[0011]為解決上述的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種新型的石墨烯偏振不敏感電光調(diào)制器結(jié)構(gòu)，包括光波導(dǎo)基底層，光波導(dǎo)基底層的上方設(shè)置有梯形結(jié)構(gòu)的光波導(dǎo)層，光波導(dǎo)層的上表面和兩側(cè)面覆蓋有外光波導(dǎo)層，外光波導(dǎo)層和光波導(dǎo)層之間設(shè)置有全部或部分重疊的第一石墨烯層和第二石墨烯層，第一石墨烯層和第二石墨烯層之間設(shè)置有隔離介質(zhì)層，所述第一石墨烯層從光波導(dǎo)層兩側(cè)面的一側(cè)延伸出來(lái)并連接有第一電極，所述第二弧形石墨烯層從光波導(dǎo)層的另一側(cè)延伸出來(lái)并連接有第二電極。
[0012]作為本發(fā)明的第一個(gè)優(yōu)化方案，所述光波導(dǎo)層的兩側(cè)面均是有一定傾斜角度的傾斜面。
[0013]作為本發(fā)明的第二個(gè)優(yōu)化方案，所述外光波導(dǎo)層的橫截面為矩形、半圓或半橢圓形。
[0014]作為本發(fā)明的第三個(gè)優(yōu)化方案，所述隔離介質(zhì)層的厚度為5nm—lOOnm。
[0015]作為本發(fā)明的第四個(gè)優(yōu)化方案，所述外光波導(dǎo)層和光波導(dǎo)層材質(zhì)相同，該材質(zhì)為硅、鍺、鍺硅合金、II1-V族半導(dǎo)體或I1-1V族半導(dǎo)體中的任意一種。
[0016]作為本發(fā)明的第五個(gè)優(yōu)化方案，所述隔離介質(zhì)層由絕緣材料制成，該絕緣材料為硅氧化物、硅氮氧化物或硼氮化物。
[0017]作為本發(fā)明的第六個(gè)優(yōu)化方案，所述第一電極和第二電極的材質(zhì)為金、銀、銅、鉑、鈦、鎳、鈷、鈀中的任意一種或任意兩種以上的合金。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
1、本發(fā)明設(shè)置梯形結(jié)構(gòu)的光波導(dǎo)來(lái)引入具有傾斜放置的石墨烯層，施加偏置電壓，可以同時(shí)對(duì)TE和TM模的光吸收系數(shù)進(jìn)行一致的動(dòng)態(tài)調(diào)諧，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)光波的偏振不敏感調(diào)制，有效地解決了目前石墨烯光調(diào)制器對(duì)入射光波的偏振方向敏感的技術(shù)難題。
[0019]2、本發(fā)明梯形結(jié)構(gòu)的光波導(dǎo)相對(duì)于D形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，在制備工藝方面更容易實(shí)現(xiàn)。
[0020]3、本發(fā)明的電光調(diào)制器制備工藝上可與傳統(tǒng)的SO1、CMOS工藝相兼容，易于集成，并具有調(diào)制速率尚、功耗低的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0021]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0022]圖1是本發(fā)明實(shí)施例外光波導(dǎo)層為矩形時(shí)調(diào)制器光波導(dǎo)的橫截面示意圖；
圖2是本發(fā)明實(shí)施例外光波導(dǎo)層為半橢圓形時(shí)調(diào)制器光波導(dǎo)的橫截面示意圖；
圖3是本發(fā)明實(shí)施例外光波導(dǎo)層為矩形時(shí)調(diào)制器光波導(dǎo)TE、TM模吸收系數(shù)隨石墨烯化學(xué)勢(shì)能變化的示意圖；
圖4是本發(fā)明實(shí)施例外光波導(dǎo)層為半橢圓形時(shí)調(diào)制器光波導(dǎo)TE、TM模吸收系數(shù)隨石墨烯化學(xué)勢(shì)能變化的示意圖；
圖5是本發(fā)明實(shí)施例外光波導(dǎo)層為矩形時(shí)調(diào)制器光波導(dǎo)TE、TM模在開(kāi)“0N”和關(guān)“OFF”狀態(tài)時(shí)歸一化的輸出光功率隨著傳播距離的衰減圖；
圖6是本發(fā)明實(shí)施例外光波導(dǎo)層為半橢圓形時(shí)調(diào)制器光波導(dǎo)TE、TM模在開(kāi)“0N”和關(guān)“OFF”狀態(tài)時(shí)歸一化的輸出光功率隨著傳播距離的衰減圖；
圖中的標(biāo)號(hào)分別表示為:1_光波導(dǎo)基底層；2_光波導(dǎo)層；3_外光波導(dǎo)層；4_第一石墨烯層；5_第二石墨烯層；6_隔離介質(zhì)層；7_第一電極；8_第二電極。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。本發(fā)明的實(shí)施方式包括但不限于下列實(shí)施例。
實(shí)施例
[0024]如圖1-圖2所示，一種新型的石墨烯偏振不敏感電光調(diào)制器結(jié)構(gòu)，包括光波導(dǎo)基底層1，光波導(dǎo)基底層1的上方設(shè)置有梯形結(jié)構(gòu)的光波導(dǎo)層2，光波導(dǎo)層2的上表面和兩側(cè)面覆蓋有外光波導(dǎo)層3，外光波導(dǎo)層3和光波導(dǎo)層