[发明专利]一种基于纳米条波导耦合谐振腔的石墨烯逻辑异或门器件

说明书

本发明涉及一种基于纳米条波导耦合谐振腔的石墨烯逻辑异或门器件，包括硅衬底、蓝宝石层、第一石墨烯纳米条波导以及第二石墨烯纳米条波导、与第一石墨烯纳米条波导以及第二石墨烯纳米条波导耦合的第一石墨烯谐振腔、与第一石墨烯纳米条波导以及第二石墨烯纳米条波导耦合的第二石墨烯谐振腔，第一石墨烯纳米条波导以及第二石墨烯纳米条波导沿同一直线设置，第一石墨烯谐振腔以及第二石墨烯谐振腔分别位于直线两侧，第一石墨烯纳米条波导和第二石墨烯纳米条波导相邻边之间的距离d₁、第一石墨烯纳米条波导与第一石墨烯谐振腔的耦合长度d₂满足：d₁+d₂＝mπ/(k₁‑k₂)。具有超快响应速率、超紧凑、高消光比和高对比度的特点。

技术领域

本发明属于光子器件技术领域，具体涉及一种基于纳米条波导耦合谐振腔的石墨烯逻辑异或门器件。

背景技术

在全光通信网络中，全光逻辑门是实现光信号的计算、光信号的交换、全光地址识别和全光信号提取等功能的关键组成器件。随着大规模集成光子器件的快速发展，光学逻辑门小尺寸、高的消光比、高的对比度及超快速的需求越来越明显，因此实现具有紧凑的器件尺寸、高的消光比、高的对比度、超快的响应速率及易于集成的新的工作机理的全光逻辑门器件显得非常重要，此类新型的光学逻辑门器件在全光通信网络和全光信号处理中的应用越来越广泛。

发明内容

本发明解决的技术问题为：提供一种基于纳米条波导耦合谐振腔的石墨烯逻辑异或门器件，具有超快响应速率、超紧凑、高消光比和高对比度的特点。

本发明提供的具体解决方案如下：

本发明提供了一种基于纳米条波导耦合谐振腔的石墨烯逻辑异或门器件，包括硅衬底、设置于所述硅衬底上的蓝宝石层、设置于所述蓝宝石层表面上的第一石墨烯纳米条波导以及第二石墨烯纳米条波导、与所述第一石墨烯纳米条波导以及所述第二石墨烯纳米条波导耦合的第一石墨烯谐振腔、与所述第一石墨烯纳米条波导以及所述第二石墨烯纳米条波导耦合的第二石墨烯谐振腔，所述第一石墨烯纳米条波导以及第二石墨烯纳米条波导沿同一直线设置，所述第一石墨烯谐振腔以及所述第二石墨烯谐振腔分别位于所述直线两侧，所述第一石墨烯纳米条波导和所述第二石墨烯纳米条波导相邻边之间的距离d₁、所述第一石墨烯纳米条波导与所述第一石墨烯谐振腔的耦合长度d₂满足：d₁+d₂＝mπ/(k₁-k₂)，m为大于或等于1的整数，其中，k₁和k₂分别是所述第一石墨烯谐振腔和第二石墨烯谐振腔的有效传播常数，所述第一石墨烯纳米条波导以及所述第二石墨烯纳米条波导的化学势分别为0.6eV。

基于本发明的技术方案带来的有益效果：

石墨烯的表面电导率可以通过改变石墨烯的化学势来调制，而其化学势又可以通过外加偏置电压或掺杂改变，从而调节其光学性质。由此，将石墨烯纳米条波导以及石墨烯谐振腔结构应用于集成逻辑异或门器件，通过对谐振腔外加偏压可以实现逻辑输出在“1”或“0”之间切换；基于本发明的纳米条波导耦合谐振腔的石墨烯逻辑异或门器件，大大的减小了逻辑异或门器件的尺寸，能够实现超紧凑结构，有利于逻辑异或门器件在片上等离激元光路中的集成；石墨烯具有超快的响应时间，因此本发明可以得到超快响应速率的石墨烯逻辑异或门器件。

在上述方案的基础上，本发明还可以进行如下改进：

进一步，所述第一石墨烯纳米条波导、所述第二石墨烯纳米条波导、所述第一石墨烯谐振腔以及第二石墨烯谐振腔均采用单层石墨烯结构。

单层石墨烯对SPPs具有强的束缚性，透射光谱中峰值波长处具有较大透过率，且采用单层石墨烯纳米条波导以及石墨烯谐振腔结构可有效的减小器件的尺寸。