一種基于石墨烯偏振無關(guān)的吸收型光調(diào)制器的制造方法
【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，更具體的說是涉及一種基于石墨烯偏振無關(guān)的吸收型光調(diào)制器。
【背景技術(shù)】
[0002]光調(diào)制器是將電信號(hào)轉(zhuǎn)加載到光信號(hào)并送入光纖進(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。目前，高功率激光系統(tǒng)的前端預(yù)放系統(tǒng)中所用的偏振控制器是手動(dòng)偏振控制器，不能實(shí)時(shí)調(diào)整偏振態(tài)的改變，而且一般的光調(diào)制器中包含有起偏元件，必然會(huì)導(dǎo)致輸出脈沖幅度的變化，影響系統(tǒng)輸出能量的穩(wěn)定性。針對(duì)這一難題，提出了偏振無關(guān)的光調(diào)制器方案，例如申請(qǐng)?zhí)枮?01310382160.2的發(fā)明專利公開了偏振無關(guān)電光強(qiáng)度調(diào)制器，其結(jié)構(gòu)包括:光束分束器、第二半波片、第一全反射鏡、上下面鍍金極的雙折射電光陶瓷、第二全反射鏡、第三半波片、第三全反射鏡和可調(diào)高壓源。
[0003]雖然以上方案都可以實(shí)現(xiàn)偏振無關(guān)的光信號(hào)調(diào)制，但器件尺寸都較大，不易集成。近十多年來，隨著數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)爆炸性增長(zhǎng)，人們對(duì)帶寬的需求越來越高，這就使得在未來的光通信中對(duì)光調(diào)制器小型化、集成化、低功耗化、高速化的發(fā)展成為必然趨勢(shì)。
[0004]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200，000cm2/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。
[0005]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工藝，且尺寸都在微米量級(jí)。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(見文獻(xiàn)Ming Liu, Xiaobo Yin, Ulin-Avila, et al.A graphene-based broadband optical modulator.Nature, 2011, Vol 474, p64_67和文獻(xiàn)Gosciniak Jacek, Tan Dawn T H.Theoretical investigat1n of graphene-based photonic 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，即都是偏振相關(guān)的，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。
[0006]正如上述現(xiàn)有的基于石墨烯電光調(diào)制器中存在的問題，都是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于石墨烯偏振無關(guān)的吸收型光調(diào)制器，解決了以往石墨烯光調(diào)制器對(duì)入射光波的偏振方向敏感的技術(shù)難題。
[0008]為解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種基于石墨烯偏振無關(guān)的吸收型光調(diào)制器，包括基底層，基底層上端面設(shè)置有第一光波導(dǎo)層和第二光波導(dǎo)層，所述第一光波導(dǎo)層的橫截面為矩形結(jié)構(gòu)，所述第一光波導(dǎo)層和第二光波導(dǎo)層之間從下往上依次設(shè)置有第一隔離介質(zhì)層、第一石墨烯層、第二隔離介質(zhì)層、第二石墨烯層及第三隔離介質(zhì)層，所述第一隔離介質(zhì)層、第一石墨烯層、第二隔離介質(zhì)層、第二石墨烯層及第三隔離介質(zhì)層均覆蓋在第一光波導(dǎo)層的上表面和右側(cè)面并形成直角彎折，所述第三隔離介質(zhì)層的上端面和右側(cè)面覆蓋所述第二光波導(dǎo)層，所述第一石墨烯層和第二石墨烯層均從第一光波導(dǎo)層的左側(cè)面向外部分延伸形成延伸部，所述第一石墨烯層和第二石墨烯層的延伸部分別連接有第一電極和第二電極，且所述第一石墨烯層的延伸部與第一光波導(dǎo)層和基底層之間設(shè)置有第一絕緣層，所述第二石墨烯層的延伸部與第一光波導(dǎo)層和基底層之間設(shè)置有第二絕緣層。
[0009]作為本發(fā)明的第一個(gè)優(yōu)化方案，所述第一隔離介質(zhì)層、第二隔離介質(zhì)層、第三隔離介質(zhì)層、第一絕緣層及第二絕緣層均由絕緣材料制成。
[0010]作為本發(fā)明的第一個(gè)優(yōu)化方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述絕緣材料為硅氧化物、硅氮氧化物或硼氮化物。
[0011 ]作為本發(fā)明的第二個(gè)優(yōu)化方案，所述第二隔離介質(zhì)層的厚度為5nm—lOOnm。
[0012]作為本發(fā)明的第三個(gè)優(yōu)化方案，所述第一光波導(dǎo)層和/或第二光波導(dǎo)層的材質(zhì)為硅、鍺、鍺硅合金、氮化硅、II1-V族半導(dǎo)體或I1-1V族半導(dǎo)體中的任意一種。
[0013]作為本發(fā)明的第四個(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、鈷或鈀中的任意一種或任意兩種以上的合金。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
1、本發(fā)明的第一石墨烯層和第二石墨烯層相互隔離，并形成直角轉(zhuǎn)折，構(gòu)成具有水平和豎直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。
[0015]2、本發(fā)明相對(duì)于傳統(tǒng)偏振無關(guān)的光波調(diào)制器件，具有尺寸更小并且可集成的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。
[0016]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，且具有高調(diào)制速率、高消光比的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0017]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)說明。
[0018]圖1是本發(fā)明光調(diào)制器三維結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明光調(diào)制器光波導(dǎo)中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3是本發(fā)明光調(diào)制器光波導(dǎo)中TE、TM模歸一化功率分別在“ON”和“OFF”狀態(tài)時(shí)隨著傳輸長(zhǎng)度變化的曲線示意圖；
圖中的標(biāo)記分別表示為:1、基底層;2、第一光波導(dǎo)層;3、第二光波導(dǎo)層;41、第一隔離介質(zhì)層;42、第二隔離介質(zhì)層;43、第三隔離介質(zhì)層;51、第一石墨稀層;52、第二石墨稀層;6、第一絕緣層;7、第二絕緣層;8、第一電極;9、第二電極。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。本發(fā)明的實(shí)施方式包括但不限于下列實(shí)施例。
[0020]如圖1所示，一種基于石墨烯偏振無關(guān)的吸收型光調(diào)制器，包括基底層I，基底層I上端面設(shè)置有第一光波導(dǎo)層2和第二光波導(dǎo)層3，所述第一光波導(dǎo)層2的橫截面為矩形結(jié)構(gòu)，所述第一光波導(dǎo)層2和第二光波導(dǎo)層3之間從下往上依次設(shè)置有第一隔離介質(zhì)層41、第一石墨烯層51、第二隔離介質(zhì)層42、第二石墨烯層52及第三隔離介質(zhì)層43，所述第一隔離介質(zhì)層41、第一石墨烯層51、第二隔離介質(zhì)層42、第二石墨烯層52及第三隔離介質(zhì)層43均覆蓋在第一光波導(dǎo)層2的上表面和右側(cè)面并形成直角彎折，所述第三隔離介質(zhì)層43的上端面和右側(cè)面覆蓋所述第二光波導(dǎo)層3，所述第一石墨烯層51和第二石墨烯層52均從第一光波導(dǎo)層2的左側(cè)面向外部分延伸形成延伸部，所述第一石墨烯層51和第二石墨烯層52的延伸部分別連接有第一電極8和第二電極9，且所述第一石墨烯層51的延伸部與第一光波導(dǎo)層2和基底層I之間設(shè)置有第一絕緣層6，所述第二石墨烯層52的延伸部與第一光波導(dǎo)層2和基底層I之間設(shè)置有第二絕緣層7。
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