[实用新型]基于石墨烯-微纳光纤的高速行波电光调制器

说明书

本实用新型提供了一种基于石墨烯‑微纳光纤的高速行波电光调制器，包括微纳光纤、顶层石墨烯、右侧电极、基底层、左侧电极、介质层、底层石墨烯；左侧电极和右侧电极为共面带结构的行波电极，在基底层上，所述微纳光纤置于顶层石墨烯和底层石墨烯之间，并位于共面带电极中间，所述介质层隔离顶层石墨烯和底层石墨烯。本实用新型具有工作稳定、易集成、功耗低等优点。和现有集总型石墨烯‑微纳光纤相比，本实用新型中的行波电极显著提高了调制带宽。其制备简单，且能够高效地衔接标准单模光纤通信网络，通过干涉仪或定向耦合等方法，可以广泛地应用于光强度调制，能在光通信领域发挥巨大的作用。

技术领域

本实用新型涉及光信号调制技术领域，具体涉及基于石墨烯-微纳光纤的高速行波电光调制器。

背景技术

高性能的调制器是实现电信号加载到光波的重要硬件，已成为光纤通信网络的核心。目前，利用线性电光效应的铌酸锂调制器，器件大小达到了厘米量级，尚无法满足片上集成要求；利用等离子色散效应的硅基光调制器，其速率主要受限于器件的电阻和电容带来的时间常数，现有的光调制器对信息处理能力还不足以满足高集成和高速率的苛刻要求。

石墨烯是由多个六边形网状结构碳原子组成的新型二维材料。利用其特殊的光学、电学、能带特点等物理属性和它与传输信号光相互作用的机理，可以研究出高带宽、响应速度快等特性的光电器件。它的频率响应的理论值可达到500GHz，被认为是最有前途应用于硅基集成的材料。

微纳光纤是由标准单模光纤在氢氧焰下，熔融拉伸得到的波导。它具有机械强度高、加工简易、较强的倏逝场、较高的数值孔径、光传输损耗较低等优点。并且微纳光纤可以与标准单模光纤高效地衔接。

实用新型内容

为了解决现有技术中问题，本实用新型提供了一种基于石墨烯-微纳光纤的高速行波电光调制器，包括微纳光纤、顶层石墨烯、右侧电极、基底层、左侧电极、介质层、底层石墨烯；左侧电极和右侧电极为共面带结构的行波电极，在基底层上，所述微纳光纤置于顶层石墨烯和底层石墨烯之间，并位于共面带电极中间，所述介质层隔离顶层石墨烯和底层石墨烯。

作为本实用新型的进一步改进，所述右侧电极为信号电极，高速射频信号传播方向与光在光纤中一致，左侧电极为接地电极。

作为本实用新型的进一步改进，所述介质层为厚度为6nm±10％的三氧化二铝介质层。

作为本实用新型的进一步改进，所述基底层为氟化镁基底层。

作为本实用新型的进一步改进，所述顶层石墨烯和底层石墨烯为厚度为0.7nm±10％的单层石墨烯。

作为本实用新型的进一步改进，所述微纳光纤的直径为2.2μm±10％。

作为本实用新型的进一步改进，所述基底层的折射率为1.378。

作为本实用新型的进一步改进，所述行波电极结构参数为：电极厚度为2μm，电极宽为176μm，电极间距为12μm，采用行波电极结构来实现光速率与电信号速率相匹配。

本实用新型的有益效果是：

基于石墨烯-微纳光纤的高速行波电光调制器，利用石墨烯和微纳光纤的倏逝场的相互作用，通过改变石墨烯的费米能级，调控器件有效折射率的实部，从而改变光的相位，实现对光的调制。采用行波电极结构克服了光信号与高速射频信号的群速度失配，较好地提高了带宽。

本实用新型具有工作稳定、易集成、功耗低和调制带宽大的优点，其制备简单，相比现有的集总型石墨烯/微纳光纤调制器，调制带宽有显著提高，能适用于更高速的光纤通信网络，通过干涉仪或定向耦合等方法，可以广泛地应用于光强度调制，能在光通信领域发挥巨大的作用。

附图说明

图1为本实用新型基于石墨烯-微纳光纤高速行波电光调制器的三维结构示意图；