CN105866884A - 对称结构双脊型石墨烯波导的结构设计 - Google Patents

对称结构双脊型石墨烯波导的结构设计 Download PDF

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张晓霞
齐洋
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    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
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Abstract

对称结构双脊型石墨烯波导的结构设计，属于光通信技术领域，涉及光波导制作技术。本发明将设计一种对称结构双脊型石墨烯波导的结构，包括SiO2基底，Si波导，石墨烯层及其五方氮化硼夹层以及电极，其特征在于，建立双脊型的对称SiO2基底，以Si为波导材料的双脊型波导中间插入三层石墨烯层，两层石墨烯层之间填充以五方氮化硼为材料的夹层，电极固定在SiO2基底上，通电后，随着入射光注入，由于双脊型波导的对称结构，不需要对波导结构进行调整就可以使光场集中在石墨烯层上，避免了偏移的发生，从而提高工作效率。该双脊型石墨烯波导的两波导基底、石墨烯层及夹层结构对称，正负电极的结构也对称，整体结构设计简单，对生产工艺要求较低，有利于该石墨烯波导的量产和应用。

Description

对称结构双脊型石墨烯波导的结构设计
技术领域
对称结构双脊型石墨烯波导的结构设计，属于光通信技术领域，涉及光波导制作技术。
背景技术
近年来，随着集成光学迅速发展，人们对于光波导的研究越来越深入。在众多种类的光波导中，以添加石墨烯层的光波导有着非常广泛的应用前景。石墨烯材料的可饱和吸收效率参数很小，适宜应用于光传输领域。选择合适的工艺，可以制得低损耗、高效率的石墨烯光波导。
作为一种独特的二维原子晶体薄膜材料，石墨烯有着优异的机械性能、超高的热导率和载流子迁移率、超宽带的光学响应谱及极强的非线性光学特性，使其在新型光学和光电器件领域具有得天独厚的优势。一系列基于石墨烯的新型光电器件先后被研制出，已显示出优异的性能和良好的应用前景。此外，近期石墨烯表面等离子体激元的发现及太赫兹器件的研究进一步促进了石墨烯基光电器件的蓬勃发展。
发明内容
本发明将设计一种对称结构双脊型石墨烯波导的结构，包括SiO2基底，Si波导，石墨烯层及其五方氮化硼夹层以及电极，其特征在于，建立双脊型的对称SiO2基底，以Si为波导材料的双脊型波导中间插入三层石墨烯层，两层石墨烯层之间填充以五方氮化硼为材料的夹层，电极固定在SiO2基底上，通电后，随着入射光注入，由于双脊型波导的对称结构，不需要对波导结构进行调整就可以使光场集中在石墨烯层上，避免了偏移的发生，从而提高工作效率。该双脊型石墨烯波导的两波导基底、石墨烯层及夹层结构对称，正负电极的结构也对称，整体结构设计简单，对生产工艺要求较低，有利于该石墨烯波导的量产和应用。
本发明双脊型石墨烯波导的结构见附图 1。装置的参数已标示在图中。该系统的具体结构设计如下：。
图 1为双脊型石墨烯波导的结构。整个波导结构搭建在SiO2基底1上，上下两层SiO2基底1完全对称，宽度为1600nm，厚度为500nm；两层SiO2基底1之间的Si波导层2使上下两层SiO2基底1左右、上下皆为对称结构，Si波导层宽度为400nm，厚度为340nm；电极3固定在SiO2波导基底两端，每个电极3都同时接触波导的上下两个基底，与Si波导距离为500nm；三层石墨烯层4插入在Si波导2中央，石墨烯层厚度皆为0.7nm，五方氮化硼夹 层5位于每两层石墨烯层4之间，厚度为4.3nm；上下两层石墨烯层4裸露于波导结构外部的部分通过覆盖的方式贴合Si波导2表面，连接在同一电极上，中间一层石墨烯层4通过置空的方式连接于另一电极3上；
本发明的特色：(1)在仿真研究的基础上，改变以往单脊型石墨烯波导的结构，设计了对称结构双脊型SiO2基底，使单模式光入射后集中于Si波导层中央的石墨烯层上。(2)该双脊型石墨烯波导的结构设计为对称结构，减少模式偏移带来的影响，降低了后续结构优化调试的难度，同时有利于整个系统运作更稳定。(3)该对称结构双脊型石墨烯波导的两波导基底、石墨烯层及夹层结构对称，正负电极的结构也对称，整体结构设计简单，对生产工艺要求较低，有利于该石墨烯波导的量产和应用。
本发明的创新点：(1)设计了对称结构双脊型波导结构，有利于入射光场集中于Si波导层中央的石墨烯层上；(2)设计了对称的波导结构，整体结构设计简单，对生产工艺要求较低，有利于后续实验的结构优化调试以及该石墨烯波导的量产和应用。
本发明的应用价值：为制作性能更加优良的波导，特别是对制作双脊型石墨烯波导打下了坚实的基础；这对制作性能优良的光波导器件，如M-Z波导、波导型光开关、AWG、光波导激光器和放大器有着重要的意义。
附图说明
图 1双脊型石墨烯波导的结构示意图，其中，1为SiO2基底，2为Si波导，3为电极，4为石墨烯层，5为五方氮化硼夹层。

Claims (7)

1.对称结构双脊型石墨烯波导的结构设计，包括SiO2基底，Si波导层，石墨烯层及其夹层以及电极，其特征在于，建立双脊型的对称波导基底，在Si为波导材料的双脊型波导层中间插入三层石墨烯层，每两层石墨烯层之间填充以五方氮化硼为材料的夹层，电极固定在SiO2基底上，通电后，随着入射光注入，由于双脊型波导的对称结构，不需要调整波导结构就可以使光场集中在石墨烯层上，避免了偏移的发生，从而提高工作效率。
2.根据权利要求1所述的对称结构双脊型石墨烯波导的结构设计，其特征在于，所述三层石墨烯层4插入在Si波导中央，夹层五方氮化硼5位于每两层石墨烯层4之间。
3.根据权利要求1所述的对称结构双脊型石墨烯波导的结构设计，其特征在于，所述上下两层石墨烯层4裸露于波导结构外部的部分通过覆盖的方式贴合波导以及波导基底表面，连接在同一电极3上。
4.根据权利要求1所述的对称结构双脊型石墨烯波导的结构设计，其特征在于，所述中间一层石墨烯层4通过置空的方式连接于另一电极3上。
5.根据权利要求1所述的对称结构双脊型石墨烯波导的结构设计，其特征在于，所述三层石墨烯层皆为单层结构。
6.根据权利要求1所述的对称结构双脊型石墨烯波导的结构设计，其特征在于，所述电极3固定在SiO2波导基底1两端，每个电极3都同时接触波导的上下两个基底1。
7.根据权利要求1所述的对称结构双脊型石墨烯波导的结构设计，其特征在于，所述上下两SiO2基底结构参数相同，每层石墨烯层结构参数相同，每层五方氮化硼夹层结构参数相同。
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