JP2014164195A - 光変復調デバイス - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、光導波路と、第一のグラフェン層と第二のグラフェン層とで絶縁膜を挟みこんだグラフェン二重層と、前記第一のグラフェン層の一端に接続された第一の金属電極と、前記第二のグラフェン層の一端に接続された第二の金属電極と、を備える光変復調デバイスであって、前記第一のグラフェン層及び前記第二のグラフェン層のうち少なくとも一方は、前記光導波路における伝搬光の電界にて光励起キャリアが生成されるように配置され、前記絶縁膜は、前記第一のグラフェン層及び前記第二のグラフェン層のうち少なくとも一方で生成された光励起キャリアが前記絶縁膜を透過して他方に注入される材料で構成されていることを特徴とする光変復調デバイスである。
【選択図】図6
Description
cot(πωn/2ωp)=(πωn/2ωp)
ただし、nはプラズマ共鳴周波数の次数を表わし、n=1、2、3・・・は各々基本モード、2次モード、3次モード・・・を表わす。プラズマ特性周波数とプラズマ共鳴周波数の関係を具体的に求めれば、例えば基本モードn=1においては、ω1=0.55ωpである。プラズマ波速度sは、印加する電圧の1/4乗に比例するため、プラズマ特性周波数、従ってプラズマ共鳴周波数は入射信号に応じて調整することができる。
第一の実施形態で説明する光変復調デバイスの構造を図6に示す。11は第一のグラフェン層、12は第二のグラフェン層、13は絶縁膜、14は第一の金属電極、15は第二の金属電極、16は光導波路、17は基板である。第一のグラフェン層11、第二のグラフェン層12、及び両者の間を絶縁する絶縁膜13でグラフェン二重層を構成している。第一のグラフェン層11と第二のグラフェン層12は、それぞれ、第一の金属電極14と第二の金属電極15に接続されている。光導波路16が、第一のグラフェン層11、絶縁膜13、および、第二のグラフェン層12に並行して構成されており、この光導波路16を透過する光により、第一のグラフェン層11及び第二のグラフェン層12のうち少なくとも一方にキャリアが光励起される構成となっている。光変復調デバイスは誘電体からなる基板17上に配置されている。基板17は光導波路16の屈折率よりも低く、クラッド層としての機能も合わせ持っている。
第一の条件:入射フォトンの吸収で生成される光電子の準位よりも絶縁膜13の伝導帯下端が低位である。
第二の条件:入射フォトンの吸収で生成される光正孔の準位よりも絶縁膜13の価電子帯上端が高位である。
上記第一の条件及び第二の条件の設定は、いずれか一方だけを満足しても良いし、同時に満足しても良い。
第二の実施形態の変復調光デバイスの構造も、第一の実施形態と同様である。第二の実施形態では、絶縁膜13の膜厚を第一のグラフェン層11及び第二のグラフェン層12のうち少なくとも一方で生成された光励起キャリアが絶縁膜13を透過して他方に注入されるように設定する。例えば、量子力学的なトンネル効果で絶縁膜13をキャリア(電子・正孔)が透過する際、熱平衡状態の冷たいキャリアはトンネル確率が低く、光吸収で生成された熱いキャリアはトンネル確率が高くなるように、絶縁膜13の膜厚をナノメートルオーダで適切に設定する。
上記の第一および第二の実施形態の例では、第一のグラフェン層11、第二のグラフェン層12、及び両者の間を絶縁する絶縁膜13で構成するグラフェン二重層は、光導波路16の外周上の上面に配置されている。グラフェン層11、12は、少なくとも一方が光導波路16の伝搬光の電界で光励起される位置に配置されれば変復調は可能となる。この為、グラフェン二重層は、光導波路16の外周上の一部もしくは全部に配置されても、前記光導波路の内部に配置されてもよい。
12:第二のグラフェン層
13:絶縁膜
14:第一の金属電極
15:第二の金属電極
16:光導波路
17:基板
18:第一のクラッド層
19:第二のクラッド層
31:第一のグラフェン層
32:第二のグラフェン層
33:絶縁膜
34:第一の金属電極
35:第二の金属電極
36:光導波路
37:基板
Claims (10)
- 光導波路と、
第一のグラフェン層と第二のグラフェン層とで絶縁膜を挟みこんだグラフェン二重層と、
前記第一のグラフェン層の一端に接続された第一の金属電極と、
前記第二のグラフェン層の一端に接続された第二の金属電極と、
を備える光変復調デバイスであって、
前記第一のグラフェン層及び前記第二のグラフェン層のうち少なくとも一方は、前記光導波路における伝搬光の電界にて光励起キャリアが生成されるように配置され、
前記絶縁膜は、前記第一のグラフェン層及び前記第二のグラフェン層のうち少なくとも一方で生成された光励起キャリアが前記絶縁膜を透過して他方に注入される材料で構成されていることを特徴とする光変復調デバイス。 - 前記グラフェン二重層は、前記光導波路の外周に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の光変復調デバイス。
- 前記グラフェン二重層は、前記光導波路内に、前記光導波路を導波する光と平行に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の光変復調デバイス。
- 前記グラフェン二重層は、前記光導波路内の電界強度が最大となる位置に配置されていることを特徴とする請求項3に記載の光変復調デバイス。
- 前記第一のグラフェン層と前記第二のグラフェン層のそれぞれのフェルミレベルは、前記絶縁層の禁制帯の下端以上かつ上端以下であるように設定されていることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の光変復調デバイス。
- 前記第一のグラフェン層又は前記第二のグラフェン層のそれぞれのフェルミレベルは、少なくとも、
入射フォトンの吸収で生成される光電子の準位よりも前記絶縁膜の伝導帯下端が低位となる、又は
入射フォトンの吸収で生成される光正孔の準位よりも前記絶縁膜の伝導帯上端が高位となる
ように設定されていることを特徴とする請求項5に記載の光変復調デバイス。 - 前記グラフェン二重層で光励起キャリアが注入される材料で構成された絶縁膜は、
所定の膜厚を有することを特徴とする請求項5に記載の光変復調デバイス。 - 前記絶縁膜の所定の膜厚は、
熱平衡状態のキャリアにとってはトンネル確率が低く、
光吸収で生成されたキャリアにとってはトンネル確率が高くなるように設定されていることを特徴とする請求項7に記載の光変復調デバイス。 - 請求項1から8のいずれかに記載の光変復調デバイスの前記光導波路に被変調光を導波させ、前記第一のグラフェン層と前記第二のグラフェン層との間に変調信号を印加して前記被変調光を変調することを特徴とする光変調方法。
- 請求項1から8のいずれかに記載の光変復調デバイスの前記光導波路に変調光及び非変調光を導波させ、前記第一のグラフェン層と前記第二のグラフェン層との間に生じる電気信号を復調信号とすることを特徴とする光復調方法。
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