[发明专利]基于石墨烯-硫系玻璃平面波导型近中红外光调制器

说明书

技术领域

一种基于石墨烯‐硫系玻璃平面波导型近中红外光调制器，用于集成光子器 件调制、解调1.55～3μm近中红外的光学信号，属于电光调制器，尤其涉及基于 石墨烯‐硫系玻璃平面波导型近中红外光调制器技术领域。

背景技术

光子代替电子作为信息的载体是历史发展的必然趋势，现代集成光学的研究 主要集中于近红外通信波段，随着20世纪70年代低损耗光纤和半导体激光器的 出现以及80年代掺铒光纤放大器的发明和实用化，集成光学研究的波段逐渐从 第一代的0.85μm转移到第二代的1.31μm以及到现在最主流的1.555μm波长。 各种光学器件，包括光波导、光耦合器、光开关、光调制器、滤波器、模‐数转 换器、探测器，都已经得到广泛的研究并制作成功。集成光学已经成为全世界研 究的热点并在迅速发展，这对光纤通信、光信号处理以及与集成电路之间的光电 混合集成都有着非常重要的意义。到目前为止，集成光学在0.8‐1.55μm的近红 外光波段工作的各种材料和器件已然引领光通信高新技术走上了产业化，成为当 下信息产业的重要支柱。

中红外波段(2‐20μm)是太阳辐射光中一个重要的波段，其在各个科技领域有 着十分重要的应用，包括传感、环境监测、生物医学应用、热成像、军事应用等 等。虽然中红外光在各个领域都有巨大的应用潜力，近红外波段的研究也吸引了 足够多的关注度，然而集成光子学在中红外波段进展却非常缓慢，多年来一直面 临着巨大的困难和挑战，远远不及近红外通信波段的研究发展。首先是光源的问 题，早期一个连续的中红外光源通常体积非常大，而且价格非常昂贵，有些还需 要低温冷却。其次是传输的问题，受限于光源的困难，传输中红外信号的波导、 光纤的研究也是困难重重。

近年来，随着量子级联激光器的发展，中红外光源的问题得到一定程度上的 解决。据文献报导，许多课题组已经研制出了基于不同中红外波长的量子级联激 光器，这些激光器不仅解决了之前成本过高、体积大的问题，而且波长范围很大， 最长可以到9μm(见文献MuJ.Soref，etal.Silicon‐on‐nitridestructuresfor mid‐infraredgap‐plasmonwaveguiding[J].AppliedPhysicsLetters，2014，104(3))， 同时已经可以进行商业生产。同样，中红外光纤也已经得到发展，以美国的 IRphotonics公司为例，他们生产的氟化物光纤如ZBLAN(ZrF4‐BaF2‐LaF3‐AlF3‐NaF) 等重金属氟化物光纤具有很稳定的中红外光波段的传输特性，在300nm到 4500nm波段内的传输损耗可以做到小于0.2dB/cm。此外，IRphotonics公司还可 以提供中红外单模光纤、中红外多模光纤、中红外大功率光纤、中红外掺杂光纤 等。因此，中红外激光器和光纤的发展推动了中红外集成光电子学的研究，使得 中红外波段的研究也有可能像近红外波段一样得到快速的发展。但目前总体来说， 基于中红外的光学器件包括对中红外光调制器的研究还比较滞后，特别是基于 1.55～3μm近中红外的光学信号的集成光子器件调制和解调的难题。

发明内容

本发明针对上述不足之处提供了一种基于石墨烯‐硫系玻璃平面波导型近中 红外光调制器，解决基于1.55～3μm近中红外的光学信号的集成光子器件调制和 解调的难题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于石墨烯‐硫系玻璃平面波导型近中红外光调制器，其特征在于：包括 基底层、设置在基底层上的脊形光波导层、第一支柱和第二支柱，第一支柱和第 二支柱分别设置在脊形光波导层的两侧，在脊形光波导层上设置有第一石墨烯层 和第二石墨烯层，第一石墨烯层延伸至第一支柱的上表面，第二石墨烯层延伸至 第二支柱的上表面，在脊形光波导层与第一石墨烯层和第二石墨烯层、第一石墨 烯层与第二石墨烯层、第一石墨烯层与第一支柱、第二石墨烯层与第二支柱之间 分别设置有隔离介质层，第一支柱上的第一石墨烯层上设置有第一电极，第二支 柱上的第二石墨烯层上设置有第二电极。