[發(fā)明專利]具有四層石墨烯結(jié)構(gòu)的光調(diào)制器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410163464.4
• 申請日: 2014-04-22
• 公開（公告）號: CN103901638A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉永;葉勝威;唐林峰;王子帥;唐雄貴;陸榮國;陳德軍;廖進(jìn)昆
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: G02F1/035
• 分類號: G02F1/035
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51227
• 代理人: 李順德;王睿

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及光調(diào)制器，尤其是具有石墨烯結(jié)構(gòu)的光調(diào)制器。

背景技術(shù)

光調(diào)制器的基本結(jié)構(gòu)包括一個光學(xué)晶體(或光波導(dǎo))，所述光學(xué)晶體或光波導(dǎo)位于一個與光傳輸方向垂直的電場中間(電場可通過在光學(xué)晶體或光波導(dǎo)相對應(yīng)的兩個平行側(cè)面加電極，然后在兩電極之間加偏置電壓實(shí)現(xiàn))。由于偏置電場的存在，使得光經(jīng)過所述光學(xué)晶體或光波導(dǎo)時(shí)，其折射率或吸收率發(fā)生變化，從而引起輸出光的相位或振幅的變化，這就是光調(diào)制器的基本工作原理。

光調(diào)制器在光纖通信中對光信號的調(diào)制起著至關(guān)重要的作用，由于多媒體技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和接入網(wǎng)技術(shù)的飛快進(jìn)步，使數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)呈爆炸性增長，人們對帶寬的需求越來越高，這就決定了光傳輸系統(tǒng)向超高速、大容量和長的中繼距離的方向發(fā)展；另一方面由于互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的突發(fā)性，不對稱性以及業(yè)務(wù)量增長的不可預(yù)測性等決定了光纖通信還會從兩點(diǎn)通信向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，特別是向密集波分復(fù)用(DWDM)的高性能、大容量、靈活的全光網(wǎng)絡(luò)方向發(fā)展，這就使得在未來的光通信中，小型化、可集成、低功耗化、高速化的光調(diào)制器是必不可少的。

石墨烯是一種蜂窩形的二維六方碳結(jié)構(gòu)材料，石墨烯在室溫下具有200000cm²/Vs的電子遷移率，是目前所知材料中，電子遷移率最高的材料；從紫外線到紅外線光譜區(qū)，單層的石墨烯可以吸收2.3％的光；且石墨烯在施加偏置電壓的情況下，可以有效改變石墨烯的光導(dǎo)率。由于石墨烯具有超快的電子遷移率、較高的光吸收的優(yōu)良電光特性，從而石墨烯在調(diào)制器方面的潛在應(yīng)用也日益得到關(guān)注。

石墨烯光調(diào)制器，在傳統(tǒng)的絕緣體上硅(SOI)波導(dǎo)上鋪設(shè)石墨烯，與CMOS工藝(微電子工藝)兼容。目前，將一層或兩層石墨烯覆蓋在硅波導(dǎo)上表面、中間和底部的文獻(xiàn)都已有報(bào)道，韓國三星電子株式會社于2012年在中國申請發(fā)明專利“包括石墨烯的光學(xué)調(diào)制器”(見專利：趙成豪；鄭現(xiàn)鐘.包括石墨烯的光學(xué)調(diào)制器.中國,發(fā)明專利,2012.10,申請?zhí)朇N201210397252.3和文獻(xiàn)：Kinam?Kim；Jae-Young?Choi；Taek?Kim；Seong-Ho?Cho；Hyun-Jong?Chung.A?role?for?graphene?in?silicon-based?semiconductor?devices[J].Nature,2011,v479,n7373,p338-44)。如圖1所示，該光學(xué)調(diào)制器相當(dāng)于在SOI脊波導(dǎo)中兩個上下重疊的第一脊部和第二脊部之間插入兩層石墨烯，兩層石墨烯具有上下相互重疊區(qū)域或相互之間具有一定間隙，當(dāng)在兩層石墨烯之間施加偏置電壓時(shí)，通過石墨烯與傳輸光的相互作用，從而改變光通過該石墨烯光學(xué)調(diào)制器時(shí)的吸收率，最終達(dá)到光調(diào)制的目的。該石墨烯光學(xué)調(diào)制器通過調(diào)整擺放兩個石墨烯的相對位置實(shí)現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)的光學(xué)調(diào)制器，其有源區(qū)長度為35μm，3dB調(diào)制帶寬f3dB＝55GHz。

石墨烯光調(diào)制器的調(diào)制速率主要受限于光調(diào)制器的RC常數(shù)，實(shí)現(xiàn)石墨烯光調(diào)制器的高速率，就意味著要降低光調(diào)制器的RC常數(shù)。石墨烯光調(diào)制器的電阻R主要是由石墨烯-金屬接觸電阻R_c貢獻(xiàn)，電容主要是石墨烯與石墨烯之間的重疊部分構(gòu)成的電容貢獻(xiàn)(見文獻(xiàn)Liu,Ming；Yin,Xiaobo；Ulin-Avila,E.；Baisong?Geng；Zentgraf,T.；Long?Ju；Feng?Wang；Xiang?Zhang.A?graphene-based?broadband?optical?modulator[J].Nature,2011,v474,n7349,p64-67.和文獻(xiàn)Kinam?Kim；Jae-Young?Choi；Taek?Kim；Seong-Ho?Cho；Hyun-Jong?Chung.A?role?for?graphene?in?silicon-based?semiconductor?devices.Nature,2011,v479,n7373,p338-44.)。

為了滿足未來光纖通信技術(shù)對光調(diào)制器應(yīng)當(dāng)具有更高的調(diào)制速度、更小的開關(guān)時(shí)間以及實(shí)現(xiàn)可集成，現(xiàn)有石墨烯光調(diào)制器無論在體積、調(diào)制速率和開關(guān)時(shí)間方面都還有待進(jìn)一步提高。

發(fā)明內(nèi)容

為了進(jìn)一步提高現(xiàn)有石墨烯光調(diào)制器的性能，尤其是進(jìn)一步提高調(diào)制速率以及減小石墨烯光調(diào)制器的體積、實(shí)現(xiàn)可集成化，本發(fā)明提供一種具有四層石墨烯結(jié)構(gòu)的光調(diào)制器。

本發(fā)明技術(shù)方案如下：