[发明专利]基于石墨烯的波导集成的偏振光耦合器及其制作方法

权利要求书

1.一种基于石墨烯的波导集成的偏振光耦合器，其特征是，由石墨烯纳米带、纳米线、反锥形光耦合器、和波导构成；所述的纳米线与反锥形光耦合器相连，反锥形光耦合器与波导相连，用于实现外部光源与波导之间的偏振光耦合；所述的石墨烯纳米带集成于纳米线的上方，纳米线中的传播光通过倏逝场形式与石墨烯纳米带发生相互作用；通过设计石墨烯纳米带和纳米线的几何尺寸调控纳米线顶部的倏逝场的强度分布，使得横电模的光场强度远远小于横磁模的光场强度，石墨烯纳米带对纳米线中横磁模光场的吸收远大于对横电模光场的吸收，最终实现对波导的横电模光场耦合。

2.如权利要求1所述的基于石墨烯的波导集成的偏振光耦合器，其特征是，所述的纳米线、反锥形光耦合器和波导的材料是硅、锗、硅锗混合物、氮化硅或硫化物玻璃中的一种。

3.如权利要求1所述的基于石墨烯的波导集成的偏振光耦合器，其特征是，所述的石墨烯纳米带集成在纳米线上，或者集成在纳米线的绝缘体包层上。

4.如权利要求1所述的基于石墨烯的波导集成的偏振光耦合器，其特征是，所述的石墨烯纳米结构是单层石墨烯、或多层石墨烯、或由石墨烯-绝缘层-石墨烯组成的多层材料。

5.一种基于石墨烯的波导集成的偏振光耦合器的制作方法，其特征是，首先，纳米线、反锥形光耦合器、和波导采用纳米加工方法制作完成；然后，绝缘体包层采用化学气相沉积法，或者磁控溅射，或者热蒸镀法制作在芯片上；其次，采用化学机械研磨法加工芯片以控制芯片上绝缘包层的厚度；最后，将石墨烯纳米带采用纳米加工方法制作在纳米线上；所述的纳米线与反锥形光耦合器相连，反锥形光耦合器与波导相连，用于实现外部光源与波导之间的偏振光耦合；所述的石墨烯纳米带集成于纳米线的上方，纳米线中的传播光通过倏逝场形式与石墨烯纳米带发生相互作用；通过设计石墨烯纳米带和纳米线的几何尺寸调控纳米线顶部的倏逝场的强度分布，使得横电模的光场强度远远小于横磁模的光场强度，石墨烯纳米带对纳米线中横磁模光场的吸收远大于对横电模光场的吸收，最终实现对波导的横电模光场耦合。

6.如权利要求5所述的基于石墨烯的波导集成的偏振光耦合器的制作方法，其特征是，所述的纳米加工方法是采用电子束曝光结合刻蚀完成，或者是采用光刻结合刻蚀完成，或者是采用聚焦离子束制作完成。

7.如权利要求5所述的基于石墨烯的波导集成的偏振光耦合器的制作方法，其特征是，所述的石墨烯纳米带是转移到芯片上，或者是直接生长在芯片上。