CN108919520B - 石墨烯超窄带电光调制器 - Google Patents

石墨烯超窄带电光调制器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种石墨烯超窄带电光调制器，包括：平行设置的上反射镜和下反射镜；设置于支撑密闭层上反射镜和下反射镜之间的一对支撑密闭层；由支撑密闭层上反射镜、下反射镜及支撑密闭层形成的内部真空的光学微腔；及多层薄膜复合结构，平行设置于支撑密闭层反射镜和下反射镜间，将支撑密闭层光学微腔隔开为上微腔和下微腔，且支撑密闭层上微腔和下微腔中填充有金属饱和蒸汽。其制备出来的光电调制器可在较小的电场下有效的对特定波长范围内的光进行调制，有效降低电光调制的功耗和成本，同时还可以实现滤波功能，提高光电调制器的集成度和扩展其应用范围，如应用于复杂光学环境、强背景光环境中如自由空间光通信光调制。

Description

石墨烯超窄带电光调制器
技术领域
本发明涉及一种超窄带电光调制器，尤其涉及一种低功耗超窄带石墨烯电光调制结构，属于电光调制技术领域。
背景技术
光调制器在光通信、光学快速成像等方面具有重要的应用。光调制器可以通过利用机械调制、电光调制、声光调制、磁光调制等实现。电光调制器调制速度最快，结构简单容易制造，易于与电子回路集成。但是，在传统的电光调制器中主要通过外加电场来调控非线性光学材料的介电常数，功耗较大，调制速度比较慢。
发明内容
本发明的目的在于提供一种石墨烯超窄带电光调制器，有效解决现有技术中电光调制器功耗大、调制速度慢的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种石墨烯超窄带电光调制器，包括：
平行设置的上反射镜和下反射镜；
设置于所述上反射镜和下反射镜之间的一对支撑密闭层；
由所述上反射镜、下反射镜及支撑密闭层形成的内部真空的光学微腔；
多层薄膜复合结构，平行设置于所述反射镜和下反射镜间，将所述光学微腔隔开为上微腔和下微腔，且所述上微腔和下微腔中填充有金属饱和蒸汽。
进一步优选地，所述金属饱和蒸汽为铷原子饱和蒸汽或铯原子饱和蒸汽。
进一步优选地，所述多层薄膜复合结构由石墨烯层、绝缘层及石墨烯层组成，或所述多层薄膜复合结构由多周期石墨烯层和绝缘层组成，且在最后一周期的绝缘层另一侧设置石墨烯层。
进一步优选地，所述绝缘层由氮化硼或二氧化硅构成。
进一步优选地，所述多层薄膜复合结构中包括的石墨烯层由空穴掺杂和电子掺杂间隔设置。
进一步优选地，所述上反射镜/下反射镜为由多层介质布拉格反射镜或金属薄膜构成的背反射镜。
进一步优选地，所述多层介质布拉格反射镜由两种介质交替构成，折射率分别为n1和n2，两种介质的厚度分别为λ0/(4n1)和λ0/(4n2)，其中λ0为特征波长，由金属原子蒸汽中心跃迁波长和入射光角度决定。
在本发明提供的石墨烯超窄带电光调制器中，采用微腔技术和石墨烯调制技术进行制备，制作简单，调控率高。其制备出来的电光调制器可在较小的电场下有效的对特定波长范围内的光进行调制(调制光波频率范围小于1GHz)，有效降低电光调制的功耗和成本，同时还可以实现滤波功能，提高电光调制器的集成度和扩展其应用范围，如应用于复杂光学环境、强背景光环境中如自由空间光通信光调制。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1为本发明中石墨烯超窄带电光调制器一种实施方式的结构示意图；
图2为本发明中石墨烯超窄带电光调制器另一种实施方式的结构示意图；
附图标号说明：
1-上反射镜/下反射镜，2-石墨烯层，3-绝缘层，4-饱和金属蒸汽，5-支撑密闭层。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
如图1所示，为本发明提供的石墨烯超窄带电光调制器一种实施方式结构示意图，从图中可以看出在该电光调制器中包括：平行设置的上反射镜/下反射镜1；设置于上反射镜/下反射镜1之间的一对支撑密闭层5；由上反射镜、下反射镜及支撑密闭层5形成的内部真空的光学微腔；及多层薄膜复合结构，平行设置于反射镜和下反射镜间，将光学微腔隔开为上微腔和下微腔，且上微腔和下微腔中填充有金属饱和蒸汽4。
具体，金属饱和蒸汽为铷原子饱和蒸汽或铯原子饱和蒸汽；多层薄膜复合结构由石墨烯层2、绝缘层3及石墨烯层构成，其中，一层石墨烯层空穴掺杂，一层石墨烯层电子掺杂；绝缘层由氮化硼或二氧化硅构成。
上反射镜/下反射镜为由多层介质布拉格反射镜或金属薄膜构成的背反射镜，其中，多层介质布拉格反射镜由两种介质交替构成，折射率分别为n1和n2，两种介质的厚度分别为λ0/(4n1)和λ0/(4n2)，其中λ0为特征波长，由金属原子蒸汽中心跃迁波长和入射光角度决定。
在一实例中，上反射镜/下反射镜为多层介质布拉格反射镜，由ZnO和SiO2两种介质交替构成，其中，SiO2的折射率为1.44，厚度为148nm；ZnO的折射率为1.93，厚度为110nm；在多层薄膜复合结构中，上层石墨烯层为电子掺杂，下层石墨烯为空穴掺杂，两者掺杂浓度接近，绝缘层由SiO2构成，厚度为20nm，饱和金属蒸汽为铯原子饱和蒸汽，制备得到的电光调制器的工作波长为852.1nm。
如图2所示为另一实施方式中石墨烯超窄带电光调制器的结构示意图，与图1所示电光调制器相比，不同是，在本实施方式中，多层薄膜复合结构由多周期石墨烯层和绝缘层组成(图示中包括3个周期的石墨烯层和绝缘层)，且在最后一周期的绝缘层另一侧设置石墨烯层，其中，石墨烯层由空穴掺杂和电子掺杂间隔设置。
在一实例中，上反射镜/下反射镜为多层介质布拉格反射镜，由ZnO和SiO2两种介质交替构成，其中，SiO2折射率为1.44，厚度为135nm；ZnO的折射率为1.93，厚度为101nm。多层薄膜复合结构由4层石墨烯层和3层绝缘层构成，其中，第1和第3层石墨烯层为电子掺杂，第2和第4层石墨烯为空穴掺杂，掺杂浓度接近，绝缘层由SiO2构成，厚度为20nm，饱和金属蒸汽为铷原子饱和蒸汽，制备得到的电光调制器的工作波长为780nm。

Claims (6)

1.一种石墨烯超窄带电光调制器，其特征在于，所述电光调制器中包括：
平行设置的上反射镜和下反射镜；
设置于所述上反射镜和下反射镜之间的一对支撑密闭层；
由所述上反射镜、下反射镜及支撑密闭层形成的内部真空的光学微腔；及
多层薄膜复合结构，平行设置于所述反射镜和下反射镜间，将所述光学微腔隔开为上微腔和下微腔，且所述上微腔和下微腔中填充有金属饱和蒸汽；
所述多层薄膜复合结构由石墨烯层、绝缘层及石墨烯层组成，或所述多层薄膜复合结构由多周期石墨烯层和绝缘层交替组成，且最外层均为石墨烯层。
2.根据权利要求1所述的电光调制器，其特征在于，所述金属饱和蒸汽为铷原子饱和蒸汽或铯原子饱和蒸汽。
3.根据权利要求1所述的电光调制器，其特征在于，所述绝缘层由氮化硼或二氧化硅构成。
4.根据权利要求1或3所述的电光调制器，其特征在于，所述多层薄膜复合结构中包括的石墨烯层由空穴掺杂和电子掺杂间隔设置。
5.根据权利要求1所述的电光调制器，其特征在于，所述上反射镜/下反射镜为由多层介质布拉格反射镜或金属薄膜构成的背反射镜。
6.根据权利要求5所述的电光调制器，其特征在于，所述多层介质布拉格反射镜由两种介质交替构成，折射率分别为n1和n2，两种介质的厚度分别为λ0/(4n1)和λ0/(4n2)，其中λ0为特征波长，由金属原子蒸汽中心跃迁波长和入射光角度决定。
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