[发明专利]一种半埋入式狭缝波导的电光调制器

说明书

本发明提供一种半埋入式狭缝波导的电光调制器，包括半埋入式狭缝波导、氧化铝介质层，石墨烯和衬底，在埋入式狭缝波导上覆盖两层石墨烯，在波导与石墨烯之间及两层石墨烯之间插入氧化铝介质，最后在最上层介质上再加载狭缝波导；通过对石墨烯施加电压来改变石墨烯对光的吸收，以此改变波导输出的光功率，从而实现对光的调制。本发明利用现有成熟的工艺，制作简单，相比其他结构，利用狭缝波导对光的局部拘束来获得更高的消光比，可有效缩短器件长度。本发明提供的利用狭缝波导的电光调制器结构具有小型化，调制速度快的优势，再光通信和光子芯片领域有广泛应用场景。

(一)技术领域

本发明涉及光电子技术领域。具体涉及一种半埋入式狭缝波导的电光调制器。

(二)背景技术

硅基光电子学因具有高密度继承，高宽带，高调制速率以及与传统cmos工艺兼容的优势，成为近些年光互连技术的火热的研究领域。同时光调制器作为光互联技术中的核心器件，也成为研究热点。目前有许多利用石墨烯来制作电光调制器的研究，石墨烯在2004年首先被英国曼彻斯特大学的科学家发现，石墨烯碳原子构成的单层晶体，碳原子以sp2杂化并排列成蜂窝状平面结构，石墨烯中载流子的室温迁移率比现在一是所有半导体都要高，所以在光光电子行业备受关注。

目前，已经有将石墨烯放置在传统矩形波导上层以及下层的光调制器，但是石墨烯虽然吸收效果好，但石墨烯的厚度使得吸收系数总是有限的，为了增强石墨烯的调制果常见的有增加石墨烯层数，但是随着层数增加，虽然调制效果有所提升，但是调制带宽也随之降低，并且电极也不好引入，另一种常见的就是将石墨烯放置在矩形波导光场更强的部分，但是因为矩形波导的模式是固定的，提升效果也是有限的。

为了解决上述问题，本发明提出了一种半埋入式狭缝波导的电光调制器。该电光调制器利用狭缝波导对光场得限制作用，增强局部光场强度，并将石墨烯插入狭缝中间，为降低制造难度，采用半埋入的狭缝波导结构，从而使得本发明具有可行性。因使用狭缝波导并将石墨烯放置于狭缝中间，电光调制器具有更高的调制效果，从而拥有更小的尺寸和更高的集成度。本发明提出的一种半埋入式狭缝波导的电光调制器，具有工作带宽大、结构简单、调制速率快以及高集成度的优点，为构建高速高密度的光互联集成器件提出了一种有效解决方案。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种半埋入式狭缝波导的电光调制器，其要拥有体积小，易于集成和低电压操作的有点之外，还有具有高消光比特点。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明所提出的一种实现极化无关的电磁诱导透明超表面器件的基本特征时：半埋入狭缝波导(1)，二氧化硅衬底(2)，双层石墨烯(3)氧化铝介质层(4)和电极(5)。在埋入式狭缝波导上沉积一层介质后铺盖一层石墨烯，再重复铺设两层介质和一层石墨烯，最后形成介质-石墨烯-介质-石墨烯-介质的五层结构，最后再最上层的介质层上沉积一个狭缝波导。

所述两层石墨烯的厚度均为0.34纳米，三层氧化铝介质层均为10纳米

所述半埋入狭缝波导买入部分深度为70纳米，介质上层的部分高度为90纳米，中间间隔三层氧化铝介质和两层石墨烯的厚度狭缝宽度设置为50纳米。

本发明的工作原理为：石墨烯层的电光效应能被所施加的驱动电压进行调控，当施加一定电压时，石墨烯对光波呈现出完全通过的“透明”态，此时波导为“开”状态，当对石墨烯不施加电压时，石墨烯对光波表现出“吸收”态，此时波导为“关”状态，不同的结构可能会影响到石墨烯不施加电压时的吸收效果，本发明利用狭缝波导对光场的强限制作用以及将石墨烯插入光场中间来增强石墨烯的调制效果。

与现有技术相比，本发明具有如下优势：

技术成熟，器件可以使用传统的cmos工艺制作；器件尺寸更小，由于利用狭缝波导和石墨烯放置于波导中部，相比于其它同类型器件本发明可以用更短的调制长度实现同样的效果，同样因为上述原因本发明减小了器件的电容从而提升了调制器的调制速率。