[发明专利]一种基于石墨烯共面行波电极吸收型光调制器

说明书

属于光电子技术领域，公开了一种基于石墨烯共面行波电极吸收型光调制器，包括衬底层、条形光波导、电介质填充层、电介质隔离层、石墨烯带状线和电极，所述条形光波导上方依次设置有第一电介质隔离层、第一石墨烯带状线、第二电介质隔离层，所述第二电介质隔离层上设置有第二石墨烯带状线和第三石墨烯带状线，所述第一石墨烯带状线两端分别连接第一电极和第二电极，所述第二石墨烯带状线一端连接第一接地电极和第二接地电极，所述第三石墨烯带状线一端连接第三接地电极和第四接地电极；采用此结构在增加光调制器带宽的同时，光调制器与微波探针兼容，采用共面波导行波电极结构，制备相对简单，增强器件的实用性。

技术领域

本发明涉及一种光调制器，特别是一种基于石墨烯共面行波电极吸收型光调制器，属于光电子技术领域。

背景技术

随着大数据时代的到来，数据通信业务呈爆炸式增长，这就使得人们对带宽的需求越来越高，也就决定了光传输系统向超高速、大容量、集成化的方向发展。光调制器和光开关是光通信网络中的核心器件，对光通信网络的构建起到重要的作用。目前，基于各种机制的光调制器都已先后被研发并制备出来，目前商用化的调制器主要是基于铌酸锂材料和InP基的光调制器。最近几年，基于Si基的光调制器也被制备出来，虽然其与传统的CMOS工艺兼容，但受其材料本身的限制，再加上目前的光调制器大多采用集总电极结构，调制带宽受RC常数的限制，光调制器的带宽突破50GHz仍然是一个难题。

石墨烯材料超宽光谱的吸收范围，超高的载流子迁移率，其光学特性可以被人为调控，并且其工艺与传统CMOS工艺兼容，被认为是未来Si材料的替代者，是制作光调制器的理想材料(见文献Kinam Kim,et al.A role for graphene in silicon-basedsemiconductor devices.Nature,2011,Vol 479,p338-344)。目前，基于石墨烯材料的光学调制器已经得到广泛的研究，但实现的光调制速率却不是很理想，目前文献报道的最大调制带宽在35GHz左右(见文献H.Dalir,et al.Athermal Broadband Graphene OpticalModulator with 35GHzSpeed,ACS Photonics 3,2016)，还不及传统Si基光调制器所实现的调制带宽。这主要受限于集总电极结构的较大RC常数限制。而石墨烯材料具有超高的载流子迁移率，其本征的工作带宽可达500GHz。

为了摆脱光调制器调制带宽受限于RC常数，通过会选取采用相速匹配型行波电极结构。目前，相速匹配型行波电极常见的有微带线结构和共面波导结构。目前，基于石墨烯材料的微带线电极光调制器结构已有报道，例如申请号为201611006448.X的发明专利公开了一种基于石墨烯的微带线行波吸收型光调制器：包括二氧化硅衬底层和条形硅光波导层，在条形硅光波导层上表面依次设置有第一石墨烯微带线和第二石墨烯微带线，并且彼此之间分别被第一绝缘层、第二绝缘层隔离；第一石墨烯微带线的两端分别向远离条形硅光波导层的两侧或同侧延伸出来连接第一电极和第二电极；第二石墨烯微带线的其中一端向远离条形硅光波导层的一侧延伸出来连接第三电极。

申请号为201611006448.X的发明专利需要上下电极之间的严格对准，制备过程复杂。

发明内容

基于以上技术问题，本发明提供了一种基于石墨烯共面行波电极吸收型光调制器,解决了现有基于石墨烯光调制器受限于集总电极结构的较大RC常数，造成调制带宽比较小的问题，基于传统光电材料调制器体积较大，以及目前基于石墨烯微带线行波电极结构中的上下电极之间需要严格对准的难题。

本发明采用的技术方案如下：