CN108121091B - 一种电光调制器及其制备方法 - Google Patents

一种电光调制器及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明适用于电光调制器，提供了一种电光调制器及其制备方法，所述电光调制器包括：低折射率衬底层，形成于所述衬底层之上的第一石墨烯电极、第二石墨烯电极，形成于所述第一石墨烯电极之上的第一金属电极，形成于所述第二石墨烯电极之上的第二金属电极，形成于所述衬底层之上的高电光系数材料光波导，覆盖在所述高电光系数材料光波导之上的低折射率覆盖层，所述第一石墨烯电极和第二石墨烯电极分别贴合于所述高电光系数材料光波导的两侧。实施本发明实施例，不仅可以使电光调制器小型化，而且可以提高电光调制效率。

Description

一种电光调制器及其制备方法
技术领域
本发明属于电光调制器领域，尤其涉及一种电光调制器及其制备方法。
背景技术
由于具有优异的性能，包括高电光响应、高本征带宽、宽透明窗口(0.35um-5um)和热稳定性好等，铌酸锂材料已经在电光调制器中得到广泛的研究和应用。但是由于铌酸锂材料难以刻蚀，现存的铌酸锂电光调制器的结构尺寸较大(一般在10cm左右)，难以实现器件的小型化和集成化。
为了降低器件尺寸，提高调制器性能，现有技术是通过结合其他高折射率材料制备光波导，如氮化硅、硅等，或者使用铌酸锂制备光波导结构，并增强光场在铌酸锂材料中的分布。但是上述方法存在两个问题：1.金属电极对光波导中的光场具有较大的吸收损耗，因此金属电极与光波导之间的距离不能太小，这就导致铌酸锂调制器的电光调节效率和调制速率的降低；2.由于电光调节效率的降低，器件的结构尺寸不能太小，降低了器件的集成度。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种电光调制器及其制备方法，以解决现有技术电光调制器体积较大、电光调制效率低的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种电光调制器，所述电光调制器包括：
低折射率衬底层，形成于所述衬底层之上的第一石墨烯电极、第二石墨烯电极，形成于所述第一石墨烯电极之上的第一金属电极，形成于所述第二石墨烯电极之上的第二金属电极，形成于所述衬底层之上的高电光系数材料光波导，覆盖在所述高电光系数材料光波导之上的低折射率覆盖层，所述第一石墨烯电极和第二石墨烯电极分别贴合于所述高电光系数材料光波导的两侧。
本发明实施例的另一目的在于提供一种电光调制器的制备方法，所述制备方法包括：
通过电子束曝光和干法刻蚀对晶片进行处理，制备高电光系数材料光波导；
在所述光波导区域转移第一石墨烯电极和第二石墨烯电极，通过石墨烯电极的柔软性质，将第一石墨烯电极和第二石墨烯电极贴合于高电光系数材料光波导的两侧；
使用电子束蒸发或溅射方法在所述第一石墨烯电极和第二石墨烯电极上沉积金属，形成第一金属电极和第二金属电极；
在所述高电光系数材料光波导结构上沉积一层低折射率材料作为覆盖层，所述低折射率材料不覆盖第一金属电极和第二金属电极。
附图说明
图1a、图1b为本发明一示例性实施例示出的一种电光调制器的结构图；
图2为本发明一示例性实施例示出的一种电光调制器的制备方法的流程图。
附图标记
101：低折射率衬底层
102：低折射率覆盖层
201，202：石墨烯电极
203：高电光系数材料波导
301，302：金属电极
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
如图1a、图1b所示为本发明一示例性实施例示出的一种电光调制器的结构图，所述电光调制器，包括：
低折射率衬底层101，形成于所述衬底层之上的第一石墨烯电极201、第二石墨烯电极202，形成于所述第一石墨烯电极之上的第一金属电极301，形成于所述第二石墨烯电极之上的第二金属电极302，形成于所述衬底层之上的高电光系数材料光波导203，覆盖在所述高电光系数材料光波导之上的低折射率覆盖层102，所述第一石墨烯电极和第二石墨烯电极分别贴合于所述高电光系数材料光波导的两侧。
在本发明实施例中，电光调制器包括：低折射率衬底层101，形成于所述衬底层之上的第一石墨烯电极201、第二石墨烯电极202，形成于所述第一石墨烯电极之上的第一金属电极301，形成于所述第二石墨烯电极之上的第二金属电极302，形成于所述衬底层之上的铌酸锂光波导203，覆盖在所述铌酸锂光波导之上的低折射率覆盖层102，所述第一石墨烯电极和第二石墨烯电极分别贴合于所述铌酸锂光波导的两侧，第一石墨烯电极和第二石墨烯电极可以在横向上贴合于铌酸锂光波导的两侧，也可以在纵向上贴合于铌酸锂光波导的两侧。
上述的各部件的材料和属性可以根据实际使用的需要进行设置。优选的，低折射率衬底层的材质为二氧化硅，折射率为1.45；铌酸锂光波导的折射率为2.14，上部宽度为600nm，下部宽度为1200nm，高度为600nm；第一金属电极和第二金属电极的材质为金；第一石墨烯电极和第二石墨烯电极为厚度为0.35mm的单层石墨烯；低折射率覆盖层的材质为二氧化硅，折射率为1.45。
其中，高电光系数材料光波导可以为条形波导、三角形波导、梯形波导、脊型波导中的一种。高电光系数材料光波导的材料可以为各种高电光系数、高折射率的材料，包括但不限于：铌酸锂光波导、电光聚合物光波导。
其中，第一石墨烯电极和第二石墨烯电极，可以是单层石墨烯电极也可以是多层石墨烯电极。
其中，第一石墨烯电极和第二石墨烯电极可以由具有较高电子迁移率、且对波导中光波吸收较小的材料替换，如：掺杂的硅。
该调制器可工作于两种模式：电吸收模式、电折射模式，当工作于电吸收模式时，光学带宽可以大大增加；当工作于电吸收模式时，光波导材料可以不限于电光材料，具有低损耗性质的高折射率材料均可，如：硅、氮化硅、锗等。
如图2所示为本发明一示例性实施例示出的一种电光调制器的制备方法的流程图，所述制备方法，包括：
步骤S201，通过电子束曝光和干法刻蚀对晶片进行处理，制备获取高电光系数材料光波导；
步骤S202，在所述高电光系数材料光波导区域转移第一石墨烯电极和第二石墨烯电极，通过石墨烯电极的柔软性质，将第一石墨烯电极和第二石墨烯电极贴合于高电光系数材料光波导的两侧；
步骤S203，使用电子束蒸发或溅射方法在所述第一石墨烯电极和第二石墨烯电极上沉积金属，形成第一金属电极和第二金属电极；
步骤S204，在所述高电光系数材料光波导结构上沉积一层低折射率材料作为覆盖层，所述低折射率材料不覆盖第一金属电极和第二金属电极。
在本发明实施例中，第一石墨烯电极和第二石墨烯电极有两种贴合高电光系数材料光波导的方式：1、在横向上贴合于高电光系数材料光波导的两侧；2、在纵向上贴合于高电光系数材料光波导的两侧。
如果在横向上贴合于高电光系数材料光波导两侧，则贴合方法包括：使用套刻流程，去除光波导结构上部的石墨烯，将光波导结构两侧的石墨烯分割开，形成第一石墨烯电极和第二石墨烯电极。
上述的各部件的材料和属性可以根据实际使用的需要进行设置。优选的，低折射率衬底层的材质为二氧化硅，折射率为1.45；铌酸锂光波导的折射率为2.14，上部宽度为600nm，下部宽度为1200nm，高度为600nm；第一金属电极和第二金属电极的材质为金；第一石墨烯电极和第二石墨烯电极为厚度为0.35mm的单层石墨烯；低折射率覆盖层的材质为二氧化硅，折射率为1.45。
其中，高电光系数材料光波导可以为条形波导、三角形波导、梯形波导、脊型波导中的一种。高电光系数材料光波导的材料可以为各种高电光系数、高折射率的材料，包括但不限于：铌酸锂光波导、电光聚合物光波导。
其中，第一石墨烯电极和第二石墨烯电极，可以是单层石墨烯电极也可以是多层石墨烯电极。
本领域普通技术人员可以理解为上述实施例所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电光调制器，其特征在于，所述电光调制器包括：
低折射率衬底层，形成于所述衬底层之上的第一石墨烯电极、第二石墨烯电极，形成于所述第一石墨烯电极之上的第一金属电极，形成于所述第二石墨烯电极之上的第二金属电极，形成于所述衬底层之上的高电光系数材料光波导，覆盖在所述高电光系数材料光波导之上的低折射率覆盖层，所述第一石墨烯电极和第二石墨烯电极分别贴合于所述高电光系数材料光波导的两侧；
所述第一石墨烯电极和第二石墨烯电极在横向上贴合于所述高电光系数材料光波导的两侧，或者在纵向上贴合于所述高电光系数材料光波导的两侧。
2.如权利要求1所述的电光调制器，其特征在于，所述高电光系数材料光波导可以为条形波导、三角形波导、梯形波导、脊型波导中的一种。
3.如权利要求1所述的电光调制器，其特征在于，所述高电光系数材料光波导的材料为高电光系数、高折射率的材料，包括：铌酸锂光波导、电光聚合物光波导。
4.如权利要求1～3任一项所述的电光调制器，其特征在于，所述第一石墨烯电极和第二石墨烯电极为单层石墨烯电极，或多层石墨烯电极。
5.如权利要求1～3任一项所述的电光调制器，其特征在于，所述第一石墨烯电极和第二石墨烯电极可以由具有较高电子迁移率、且对波导中光波吸收较小的材料替换，如：掺杂的硅，铟镓砷磷及其他导电二维材料。
6.一种基于石墨烯和高电光系数材料混合集成的电光调制器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
通过电子束曝光和干法刻蚀对晶片进行处理，制备高电光系数材料光波导；
在所述高电光系数材料光波导区域转移第一石墨烯电极和第二石墨烯电极，通过石墨烯电极的柔软性质，将第一石墨烯电极和第二石墨烯电极贴合于高电光系数材料光波导的两侧；
使用电子束蒸发或溅射方法在所述第一石墨烯电极和第二石墨烯电极上沉积金属，形成第一金属电极和第二金属电极；
在所述高电光系数材料光波导结构上沉积一层低折射率材料作为覆盖层，所述低折射率材料不覆盖第一金属电极和第二金属电极；
所述第一石墨烯电极和第二石墨烯电极在横向上贴合于所述高电光系数材料光波导的两侧，或者在纵向上贴合于所述高电光系数材料光波导的两侧。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述高电光系数材料光波导的材料为高电光系数、高折射率的材料，包括：铌酸锂光波导、电光聚合物光波导。
8.如权利要求6～7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述第一石墨烯电极和第二石墨烯电极为单层石墨烯电极，或多层石墨烯电极。
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