CN105022178B - 基于平面波导的石墨烯相位型光调制器 - Google Patents
基于平面波导的石墨烯相位型光调制器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105022178B CN105022178B CN201510506308.8A CN201510506308A CN105022178B CN 105022178 B CN105022178 B CN 105022178B CN 201510506308 A CN201510506308 A CN 201510506308A CN 105022178 B CN105022178 B CN 105022178B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- graphene
- optical modulator
- spacer medium
- type optical
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 63
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 62
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 45
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 66
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 66
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims abstract description 45
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 27
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 claims description 9
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 8
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 8
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 5
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 claims description 4
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 claims description 4
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 4
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 4
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 4
- 239000004575 stone Substances 0.000 claims description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N [Si].[Ge] Chemical compound [Si].[Ge] LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 3
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- NCMAYWHYXSWFGB-UHFFFAOYSA-N [Si].[N+][O-] Chemical class [Si].[N+][O-] NCMAYWHYXSWFGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 2
- -1 graphite Alkene Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 abstract description 3
- 238000012913 prioritisation Methods 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 2
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UMVBXBACMIOFDO-UHFFFAOYSA-N [N].[Si] Chemical compound [N].[Si] UMVBXBACMIOFDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 230000008094 contradictory effect Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N lithium niobate Chemical compound [Li+].[O-][Nb](=O)=O GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 150000002927 oxygen compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/03—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect
- G02F1/035—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect in an optical waveguide structure
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于平面波导的石墨烯相位型光调制器，该光调制器包括衬底层、光波导、第一电介质填充层、第二电介质填充层及电极结构；第一电介质填充层、第二电介质填充层及光波导均位于衬底层上端，光波导由从下往上依次设置的第一矩形波导、第一隔离介质层、第一石墨烯层、第二隔离介质层、第二石墨烯层、第三隔离介质层、第二矩形波导组成；电极结构包括第一金属层和第二金属层，第一金属层和第二金属层分别沉积在第一石墨烯层、第二石墨烯层的延伸部分的上端面。本发明的石墨烯层内嵌于光波导中，增强了石墨烯与光的相互作用，降低了系统的电阻，提高了调制器的调制速率，可以有效调控波导中的有效折射率变化，实现对光场相位的动态调制。
Description
技术领域
本发明涉及一种光调制器，属光电子技术领域，更具体的说是涉及一种基于平面波导的石墨烯相位型光调制器。
背景技术
相位型光调制器是改变通过光调制器光场的相位信息，实现将电信号调制到光载波上。传统的相位型光调制器实现主要包括：Si基材料的载流子色散效应、聚合物材料的热光效应、铌酸锂材料的电光效应和特殊材料的电致或磁致伸缩特性。但传统的调制器受自身材料特性的局限性，Si基光调制器和铌酸锂光调制器的调制速率已达到瓶颈，突破40GHz极为困难，且器件体积较大、调制电压较高；聚合物光调制器的热和化学稳定性较差；InP基光调制器工艺复杂、成本高，且有较大的啁啾；电致或磁致伸缩材料虽可以减小器件的体积和插入损耗，但调制带宽较小（见文献Wei-Chao Chiu, et al. Optical phasemodulators using deformable waveguides actuated by micro-electro-mechanicalsystems. Optics Letter, 2011, Vol 36, p1089-1091）。
石墨烯材料具有超宽光谱的吸收范围和超高的载流子迁移率，其光学特性可以被人为调控，并且其工艺具有与传统CMOS工艺兼容的特性，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 insilicon-based semiconductor 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，大多是M-Z型电光调制器和吸收型光调制，在传统的SOI光波导表面水平铺设石墨烯层，将偏置电压施加在石墨烯层上，以改变石墨烯本身的复折射率来改变波导对入射光的折射率或吸收率，最终达到对入射光的强度调制，而针对相位型石墨烯光调制的报道还较少。
传统相位型光调制器体积较大，功耗较高，调制带宽较小，不易用于高度集成光学器件中，满足不了未来高度集成光子学和高速信号处理的需求，本领域技术人员亟需解决该技术问题。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供了一种基于平面波导的石墨烯相位型光调制器，解决了以往光调制器调制速率低、体积大及兼容性差的问题。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：
基于平面波导的石墨烯相位型光调制器，该光调制器包括衬底层、光波导、第一电介质填充层、第二电介质填充层及电极结构；所述第一电介质填充层、第二电介质填充层及光波导均位于衬底层上端，且第一电介质填充层和第二电介质填充层分别位于光波导的两侧；所述光波导由从下往上依次设置的第一矩形波导、第一隔离介质层、第一石墨烯层、第二隔离介质层、第二石墨烯层、第三隔离介质层、第二矩形波导组成，所述第一隔离介质层和第一石墨烯层向外延伸并覆盖在第一电介质填充层上端，所述第二隔离介质层和第二石墨烯层向外延伸并覆盖在第二电介质填充层上端；所述电极结构包括第一金属层和第二金属层，所述第一金属层和第二金属层分别沉积在第一石墨烯层、第二石墨烯层的延伸部分的上端面。
作为本发明的第一个优化方案，所述电极结构还包括第三金属层和第四金属层，所述第三金属层和第四金属层分别沉积在第一金属层、第二金属层的上端面。第三金属层和第四金属层分别沉积在第一金属层、第二金属层的上端面，从而与第一金属层和第二金属层共同组成电极结构，加强电极结构的导电性能和承压范围。
作为本发明的第二个优化方案，所述第一隔离介质层、第三隔离介质层的厚度为5~12nm，第二隔离介质层的厚度为5~65nm。第一隔离介质层、第二隔离介质层及第三隔离介质层将石墨烯层隔开，形成电容器结构，使石墨烯层的吸收效率最大化，并能够大大提高调制性能。其中，第二隔离介质层的厚度应较大，减少调制器的电容。
作为本发明的第三个优化方案，所述第一隔离介质层、第二隔离介质层及第三隔离介质层均由绝缘材料构成。第一隔离介质层、第二隔离介质层及第三隔离介质层采用绝缘材料能最大化的起到隔离效果，提高调制器调制效率。
作为本发明第三个优化方案的进一步优化，所述绝缘材料为硅氧化物、硅氮氧化物或硼氮化物。
作为本发明的第四个优化方案，所述第一矩形波导和第二矩形波导的材料为硅、锗、锗硅合金、III-V族半导体或II-IV族半导体。
作为本发明的第五个优化方案，所述的衬底层、第一电介质填充层及第二电介质填充层均由低折射率电介质材料制成，所述低折射率电介质材料的光折射率均小于第一矩形波导和第二矩形波导的光折射率。
作为本发明第五个优化方案的进一步优化，所述低折射率电介质材料为半导体氧化物。
作为本发明的第六个优化方案，所述第一金属层和第二金属层的材料为钛、镍、钴或钯。钛、镍、钴或钯的附着性较好，能加强第一金属层61和第二金属层62与石墨烯的连接强度，减少间隙，从而降低系统电阻，提高调制速率。
作为本发明的第七个优化方案，所述第三金属层和第四金属层的材料为金、银、铂或铜。金、银、铂或铜的导电性能优良，可以降低器件的电阻。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明的石墨烯层内嵌于光波导中间，增强了石墨烯与光的相互作用，减小了器件体积，可以有效调控波导中的有效折射率变化，实现对光场相位的动态调制。
2、本发明将金属沉积在石墨烯层上，作为引出金属电极形成电极结构，降低了系统的电阻，提高了调制器的调制速率，且石墨烯层数少，降低了加工制造的难度和成本。
3、本发明在制备工艺上可与传统的SOICMOS工艺相兼容，集成化程度高。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明的三维结构示意图；
图2为本发明图1的横截面结构示意图；
图3为本发明实施例TE模的有效折射率在不同外加偏置电压下的变化图；
图4为本发明实施例TE模光的相位改变随着外加偏置电压变化的变化图；
图中的标号分别表示为：1-衬底层；21-第一电介质填充层；22-第二电介质填充层；31-第一矩形波导；32-第二矩形波导；4-隔离介质层；41-第一隔离介质层；42-第二隔离介质层；43-第三隔离介质层；51-第一石墨烯层；52-第二石墨烯层；61-第一金属层；62-第二金属层；71-第三金属层；72-第四金属层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例
如图1、图2所示，基于平面波导的石墨烯相位型光调制器，该光调制器包括衬底层1、光波导、第一电介质填充层21、第二电介质填充层22及电极结构；所述第一电介质填充层21、第二电介质填充层22及光波导均位于衬底层1上端，且第一电介质填充层21和第二电介质填充层22分别位于光波导的两侧；所述光波导由从下往上依次设置的第一矩形波导31、第一隔离介质层41、第一石墨烯层51、第二隔离介质层42、第二石墨烯层52、第三隔离介质层43、第二矩形波导32组成，所述第一隔离介质层41和第一石墨烯层51向外延伸并覆盖在第一电介质填充层21上端，所述第二隔离介质层42和第二石墨烯层52向外延伸并覆盖在第二电介质填充层22上端；所述电极结构包括第一金属层61和第二金属层62，所述第一金属层61和第二金属层62分别沉积在第一石墨烯层51、第二石墨烯层52的延伸部分的上端面。
进一步的，所述电极结构还包括第三金属层71和第四金属层72，所述第三金属层71和第四金属层72分别沉积在第一金属层61、第二金属层62的上端面。
进一步的，所述第一隔离介质层41、第三隔离介质层43的厚度为5~12nm，第二隔离介质层42的厚度为5~65nm。
进一步的，所述第一隔离介质层41、第二隔离介质层42及第三隔离介质层43均由绝缘材料构成。
进一步的，所述绝缘材料为硅氧化物、硅氮氧化物或硼氮化物。
进一步的，所述第一矩形波导31和第二矩形波导32的材料为硅、锗、锗硅合金、III-V族半导体或II-IV族半导体。
进一步的，所述的衬底层1、第一电介质填充层21及第二电介质填充层22均由低折射率电介质材料制成，所述低折射率电介质材料的光折射率均小于第一矩形波导31和第二矩形波导32的光折射率。
进一步的，所述低折射率电介质材料为半导体氧化物。
进一步的，所述第一金属层61和第二金属层62的材料为钛、镍、钴或钯。
进一步的，所述第三金属层71和第四金属层72的材料为金、银、铂或铜。
本实施例中，波导的有效折射率包括有效折射率实部和有效折射率虚部，通过调谐波导的有效折射率实部的变化可改变光信号的相位，通过调谐波导的有效折射率虚部的变化可改变光信号的幅度。
本实施例的光调制器工作原理为：光调制器工作时，偏置电压通过电极作用在石墨烯层上，通过改变偏置电压，动态的调谐石墨烯的介电常数，从而调谐波导的有效折射率实部和虚部。有效折射率实部对应着光场的相位变化，而其虚部则对应着光场的衰减。石墨烯层内嵌于光波导中间，相对于水平铺设光波导表面的结构，增强了石墨烯与光的相互作用，减小了器件体积，可以有效调控波导中TE模光信号的有效折射率变化，可以实现对光场相位的动态调制。
本实施例将金属沉积在石墨烯层上，作为引出金属电极，再将导电性能优良的金属沉积在引出金属电极上，形成电极结构，降低了系统的电阻和系统RC常数，提高了调制器的调制速率。石墨烯之间形成零带隙结构，也使得石墨烯可以在非常宽的光波长范围内发挥作用，增加其工作范围；另外，在工艺方面，石墨烯与传统的CMOS工艺可很好的兼容，便于与CMOS工艺集成，集成化程度高。
下面，结合具体实验数据对本实施例作详细说明：
如图1、图2所示，本实施例采用波长为1.55µm的光波，衬底层1、第一电介质填充层21、第二电介质填充层22均采用半导体氧化物SiO2材料，第一矩形波导31和第二矩形波导32采用宽度为0.4µm、高度为0.17µm的Si材料，第一隔离介质层41、第三隔离介质层43采用5nm厚度的hBN（六方氮化硼）材料，第二隔离介质层42采用10nm厚度的hBN材料，SiO2、Si和hBN材料的光折射率分别为1.44、3.47和1.98；第一石墨烯层51和第二石墨烯层52的重叠部分的宽度为0.6µm；第一金属层61和第二金属层62的材料为钯，第三金属层71和第四金属层72的材料为金。由于钯金属与石墨烯有较强的附着性，在室温下，钯-石墨烯的接触电阻较小，可低于100Ω-µm，大大减小了系统的电阻，3dB调制带宽主要受限于RC常数的限制，预期实现的3dB调制带宽可达119GHz。
图3是本发明实施例波导中TE模的有效折射率随着外加偏置电压的变化图，图中，Neff表示有效折射率实部，即图中的实线；α表示有效折射率虚部，即图中的虚线。当电压从1V到5V区间变化时作用在石墨烯层上，对波导中TE模有效折射率实部的改变几乎呈线性递减的变化，而其虚部被抑制在一个很小的水平上，意味着此波导结构可以对TE模相位进行线性的动态调制。电压值为4.4V时，对TE模引起的有效折射率实部的改变量为ΔNeff =0.01025，此时只需要75.6µm长的石墨烯层就可以实现π相位的改变。
图4为本发明实施例对TE模光的相位改变随着外加偏置电压的变化图，图中，★表示计算得到的相位该变量；实线表示相位该变量的拟合曲线。调制区长度为75.6µm，电压调控范围为（1V~5.5V），设置当电压值为1V时，其相位改变量为零，计算结果显示，当电压在（1V~5.5V）改变范围内，可以近似线性的对光场相位进行动态调制，调制长度为75.6µm，在电压值为4.4V时，即可实现一个π相位的改变量，其能量消耗在0.452 pJ量级。
如上所述即为本发明的实施例。前文所述为本发明的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.基于平面波导的石墨烯相位型光调制器，其特征在于：该光调制器包括衬底层（1）、光波导、第一电介质填充层（21）、第二电介质填充层（22）及电极结构；所述第一电介质填充层（21）、第二电介质填充层（22）及光波导均位于衬底层（1）上端，且第一电介质填充层（21）和第二电介质填充层（22）分别位于光波导的两侧；所述光波导由从下往上依次设置的第一矩形波导（31）、第一隔离介质层（41）、第一石墨烯层（51）、第二隔离介质层（42）、第二石墨烯层（52）、第三隔离介质层（43）、第二矩形波导（32）组成，所述第一隔离介质层（41）和第一石墨烯层（51）向外延伸并覆盖在第一电介质填充层（21）上端，所述第二隔离介质层（42）和第二石墨烯层（52）向外延伸并覆盖在第二电介质填充层（22）上端；所述电极结构包括第一金属层（61）和第二金属层（62），所述第一金属层（61）和第二金属层（62）分别沉积在第一石墨烯层（51）、第二石墨烯层（52）的延伸部分的上端面。
2.根据权利要求1所述的基于平面波导的石墨烯相位型光调制器，其特征在于：所述电极结构还包括第三金属层（71）和第四金属层（72），所述第三金属层（71）和第四金属层（72）分别沉积在第一金属层（61）、第二金属层（62）的上端面。
3.根据权利要求1所述的基于平面波导的石墨烯相位型光调制器，其特征在于：所述第一隔离介质层（41）、第三隔离介质层（43）的厚度为5~12nm，第二隔离介质层（42）的厚度为5~65nm。
4.根据权利要求1或2或3所述的基于平面波导的石墨烯相位型光调制器，其特征在于：所述第一隔离介质层（41）、第二隔离介质层（42）及第三隔离介质层（43）均由绝缘材料构成。
5.根据权利要求4所述的基于平面波导的石墨烯相位型光调制器，其特征在于：所述绝缘材料为硅氧化物、硅氮氧化物或硼氮化物。
6.根据权利要求1所述的基于平面波导的石墨烯相位型光调制器，其特征在于：所述第一矩形波导（31）和第二矩形波导（32）的材料为硅、锗、锗硅合金、III-V族半导体或II-IV族半导体。
7.根据权利要求1所述的基于平面波导的石墨烯相位型光调制器，其特征在于：所述的衬底层（1）、第一电介质填充层（21）及第二电介质填充层（22）均由低折射率电介质材料制成，所述低折射率电介质材料的光折射率均小于第一矩形波导（31）和第二矩形波导（32）的光折射率。
8.根据权利要求7所述的基于平面波导的石墨烯相位型光调制器，其特征在于：所述低折射率电介质材料为半导体氧化物。
9.根据权利要求1所述的基于平面波导的石墨烯相位型光调制器，其特征在于：所述第一金属层（61）和第二金属层（62）的材料为钛、镍、钴或钯。
10.根据权利要求2所述的基于平面波导的石墨烯相位型光调制器，其特征在于：所述第三金属层（71）和第四金属层（72）的材料为金、银、铂或铜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510506308.8A CN105022178B (zh) | 2015-08-18 | 2015-08-18 | 基于平面波导的石墨烯相位型光调制器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510506308.8A CN105022178B (zh) | 2015-08-18 | 2015-08-18 | 基于平面波导的石墨烯相位型光调制器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105022178A CN105022178A (zh) | 2015-11-04 |
| CN105022178B true CN105022178B (zh) | 2018-04-03 |
Family
ID=54412264
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510506308.8A Expired - Fee Related CN105022178B (zh) | 2015-08-18 | 2015-08-18 | 基于平面波导的石墨烯相位型光调制器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105022178B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022229282A1 (en) * | 2021-04-29 | 2022-11-03 | Paragraf Limited | An electro-optic modulator and methods of forming the same |
Families Citing this family (33)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105372853A (zh) * | 2015-12-15 | 2016-03-02 | 电子科技大学 | 基于石墨烯/二硫化钼异质结的微环谐振腔电光调制器 |
| CN105372851A (zh) * | 2015-12-17 | 2016-03-02 | 电子科技大学 | 基于石墨烯二硫化钼异质结光纤吸收增强型电光调制器 |
| CN105700266B (zh) * | 2016-04-15 | 2018-07-31 | 浙江大学 | 一种基于石墨烯的表面等离子激元电吸收光调制器 |
| CN105842782B (zh) * | 2016-05-05 | 2019-04-16 | 湖南大学 | 一种采用石墨烯光电器件的单片光电集成电路 |
| CN105807454A (zh) * | 2016-05-23 | 2016-07-27 | 电子科技大学 | 一种基于黑磷氟化物波导的中红外电光调制器 |
| CN105807453A (zh) * | 2016-05-23 | 2016-07-27 | 电子科技大学 | 一种基于氟化物光纤-黑磷的中红外光调制器 |
| CN105759467A (zh) * | 2016-05-23 | 2016-07-13 | 电子科技大学 | 一种基于黑磷硫系玻璃光波导中红外调制器 |
| CN105807367B (zh) * | 2016-05-27 | 2019-06-14 | 湖南大学 | 一种基于石墨烯光电器件的光电集成电路 |
| CN105866984B (zh) * | 2016-06-12 | 2019-01-18 | 西北大学 | 一种石墨烯电光调制器及其制备方法 |
| CN106200017A (zh) * | 2016-08-25 | 2016-12-07 | 东南大学 | 一种基于超薄金属纳米粒子的超紧凑石墨烯电光调制器 |
| CN107015384A (zh) * | 2016-11-08 | 2017-08-04 | 北京交通大学 | 基于石墨烯栅层硅波导的电光任意波形发生器 |
| CN106324869B (zh) * | 2016-11-16 | 2019-02-15 | 电子科技大学 | 基于石墨烯的微带线行波吸收型光调制器 |
| CN106526904A (zh) * | 2016-12-06 | 2017-03-22 | 深圳大学 | 一种基于平面杂化波导的石墨烯电光调制器 |
| CN106501970A (zh) * | 2016-12-19 | 2017-03-15 | 电子科技大学 | 一种基于硅波导—石墨烯的可调谐波导光栅 |
| CN106654852A (zh) * | 2016-12-19 | 2017-05-10 | 电子科技大学 | 一种基于石墨烯fp腔的可调谐激光器 |
| CN106707561A (zh) * | 2016-12-30 | 2017-05-24 | 电子科技大学 | 石墨烯中红外可调谐波导光栅 |
| CN107203053A (zh) * | 2017-06-12 | 2017-09-26 | 电子科技大学 | 一种基于石墨烯硅波导的可调谐光滤波器 |
| CN109298547A (zh) * | 2017-07-24 | 2019-02-01 | 中兴光电子技术有限公司 | 一种太赫兹调制器和调制方法 |
| CN108121091B (zh) * | 2017-12-08 | 2019-12-03 | 武汉邮电科学研究院 | 一种电光调制器及其制备方法 |
| CN108152998A (zh) * | 2017-12-25 | 2018-06-12 | 电子科技大学 | 一种基于多级黑磷吸收单元的可调光衰减器 |
| CN108181735A (zh) * | 2017-12-25 | 2018-06-19 | 武汉邮电科学研究院 | 一种石墨烯电光调制器及其制备方法 |
| CN108563040A (zh) * | 2018-01-08 | 2018-09-21 | 苏州大学 | 基于石墨烯/金属混合结构的光开关 |
| CN108181736A (zh) * | 2018-01-08 | 2018-06-19 | 苏州大学 | 基于石墨烯/金属复合结构的电光调制器 |
| CN108388034B (zh) * | 2018-03-27 | 2020-05-26 | 电子科技大学 | 一种石墨烯马赫-曾德尔强度调制器及其线性化方法 |
| JP7052487B2 (ja) * | 2018-03-29 | 2022-04-12 | 住友大阪セメント株式会社 | 光素子 |
| CN113009620A (zh) * | 2019-12-18 | 2021-06-22 | 北京交通大学 | 一种基于石墨烯的混杂等离子波导 |
| CN110989216B (zh) * | 2019-12-30 | 2021-05-25 | 北京邮电大学 | 一种新型石墨烯光调制器结构设计 |
| CN111367098B (zh) * | 2020-05-27 | 2020-09-25 | 电子科技大学 | 一种基于石墨烯周期结构的电光移相器 |
| CN111929928A (zh) * | 2020-08-27 | 2020-11-13 | 北京科技大学 | 一种微型石墨烯环形谐振腔光学移相器 |
| CN112630996A (zh) * | 2020-12-22 | 2021-04-09 | 长沙理工大学 | 基于氮化硅脊型波导的嵌入型石墨烯光调制器及制作方法 |
| CN113064289A (zh) * | 2021-03-17 | 2021-07-02 | 苏州微光电子融合技术研究院有限公司 | 一种石墨烯辅助氧化钒热光调制器及其制备工艺 |
| CN113093409A (zh) * | 2021-04-09 | 2021-07-09 | 东南大学 | 一种基于连续介质束缚态的二维材料电光调制器 |
| CN114296183B (zh) * | 2022-01-10 | 2023-11-14 | 吉林大学 | 一种基于模式可选择调制的聚合物波导光开关及其制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103064200A (zh) * | 2011-10-19 | 2013-04-24 | 三星电子株式会社 | 包括石墨烯的光学调制器 |
| CN103869504A (zh) * | 2014-03-31 | 2014-06-18 | 中北大学 | 基于硅基光波导微环谐振腔的双层石墨烯电光调制器的制备方法 |
| CN103901638A (zh) * | 2014-04-22 | 2014-07-02 | 电子科技大学 | 具有四层石墨烯结构的光调制器 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012145605A1 (en) * | 2011-04-22 | 2012-10-26 | The Regents Of The University Of California | Graphene based optical modulator |
-
2015
- 2015-08-18 CN CN201510506308.8A patent/CN105022178B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103064200A (zh) * | 2011-10-19 | 2013-04-24 | 三星电子株式会社 | 包括石墨烯的光学调制器 |
| CN103869504A (zh) * | 2014-03-31 | 2014-06-18 | 中北大学 | 基于硅基光波导微环谐振腔的双层石墨烯电光调制器的制备方法 |
| CN103901638A (zh) * | 2014-04-22 | 2014-07-02 | 电子科技大学 | 具有四层石墨烯结构的光调制器 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022229282A1 (en) * | 2021-04-29 | 2022-11-03 | Paragraf Limited | An electro-optic modulator and methods of forming the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105022178A (zh) | 2015-11-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105022178B (zh) | 基于平面波导的石墨烯相位型光调制器 | |
| CN105278125B (zh) | 一种石墨烯偏振不敏感电光调制器结构 | |
| JP5980645B2 (ja) | グラフェンを利用した光変調器 | |
| Gosciniak et al. | Graphene-based waveguide integrated dielectric-loaded plasmonic electro-absorption modulators | |
| WO2014155450A1 (ja) | シリコンベース電気光学変調装置 | |
| CN103176294B (zh) | 一种基于石墨烯材料的全光纤电光调制器及其方法 | |
| CN105068279B (zh) | 一种基于弧形石墨烯的偏振不敏感光调制器 | |
| WO2013146317A1 (ja) | シリコンベース電気光学装置 | |
| CN104181707B (zh) | 一种基于石墨烯的偏振不敏感光调制器 | |
| WO2016125772A1 (ja) | 光変調器及びその製造方法 | |
| CN105372853A (zh) | 基于石墨烯/二硫化钼异质结的微环谐振腔电光调制器 | |
| Hu et al. | High figure of merit graphene modulator based on long-range hybrid plasmonic slot waveguide | |
| JP6983590B2 (ja) | 光変調器及びその製造方法 | |
| CN108803090B (zh) | 基于硅和二氧化钒复合波导的电光调制器 | |
| Ji et al. | High figure of merit electro-optic modulator based on graphene on silicon dual-slot waveguide | |
| Shah et al. | Graphene-assisted electroabsorption optical modulator using D-microfiber | |
| CN105158935A (zh) | 基于d型超细光纤的石墨烯吸收型电光调制器 | |
| Ji et al. | Design of an electro-absorption modulator based on graphene-on-silicon slot waveguide | |
| CN105759467A (zh) | 一种基于黑磷硫系玻璃光波导中红外调制器 | |
| CN103439808B (zh) | 一种新型的石墨烯电光调制器结构 | |
| Vahed et al. | Hybrid plasmonic optical modulator based on multi-layer graphene | |
| CN110147000A (zh) | 一种基于掩埋型石墨烯电极的有机聚合物光波导吸收型光调制器 | |
| CN105676484A (zh) | 基于ito材料的吸收型光调制器结构 | |
| CN106324869B (zh) | 基于石墨烯的微带线行波吸收型光调制器 | |
| CN110989216A (zh) | 一种新型石墨烯光调制器结构设计 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20180403 |