[發明專利]一種基于石墨烯的硅基微環光路由器

在審

• 申請號: 201610339638.7
• 申請日: 2016-05-23
• 公開（公告）號: CN105785602A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發明（設計）人: 陸榮國;孟鳶;田朝輝;葉勝威;劉天良;劉永
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G02F1/01
• 分類號: G02F1/01;G02B6/293
• 代理公司: 成都弘毅天承知識產權代理有限公司 51230
• 代理人: 楊保剛;馬林中

技術領域

本發明屬于集成光學技術領域，公開了一種基于石墨烯的硅基微環光路由器，由含有石墨烯與電極的硅基微環與兩個直波導耦合構成，可用于實現光波分復用和光路由功能。

背景技術

材料絕緣體上硅（SOI）技術是在微電子行業領域被廣泛采用的硅集成電路技術。SOI是指將一薄層硅置于絕緣襯底上，這一薄層硅被稱為“器件層”，可以通過刻蝕等方法來將各種結構和器件制備在該薄層硅上。硅基光子器件由于融合了制備成本低、可電光集成化以及與CMOS工藝的高度兼容性等優勢，近年來漸漸成為最有可能實現大規模光電集成的材料。近幾年的理論和實驗研究也表明，硅基微環諧振結構可以很大程度上減小器件的尺寸以適應更高的集成度，并且具有適合采用單片集成的工藝制作、級聯形式更加靈活多變等突出優點。因此基于SOI材料的微環諧振結構對于制作低成本、高性能并且結構緊湊的光電器件具有重要意義。

作為材料界的一顆新星，石墨烯打開了二維材料的大門，并且催生出一系列性能優良，設計靈活的光電子器件。石墨烯是排列成二維蜂窩狀晶格結構的單層碳原子，其在電學、光學、機械和熱力學的優良特性讓很多其它材料望其項背。基于石墨烯的硅光電子器件適應于芯片級別上光學器件能夠與CMOS技術兼容，并且具有良好的穩定性和可靠性。由于石墨烯的載流子遷移率室溫下非常高，所以其費米能級可迅速的通過帶填充效應調制,進而可以高速的調制其對于光的吸收。同時石墨烯的光吸收是獨立于光波長的,幾乎覆蓋所有的電訊通信帶寬，這也就意味這該材料可以進行寬帶寬操作。

隨著科學技術的迅猛發展與通信領域信息傳輸量的迅猛增長，光信息傳輸網絡也應運而生。光傳輸網絡具有寬帶、大容量、性能可靠、抗干擾保密性強等優勢。光波分復用技術是目前最成功、最廣泛應用的光信道復用技術，為建設超大容量的光纖網絡奠定了物質基礎，而適合于光波分復用和光路由技術并且具有寬帶、穩定可靠、可擴展性等的光波分復用或者光路由元器件也越來越受到關注和重視。

發明內容

本發明提供一種基于石墨烯的硅基微環光路由器，具有集成度高、可擴展性強、與CMOS工藝兼容便于與其他光電元件集成的特點，通過改變外加電壓靈活的選擇具有特性波長的光信號，并且可以進行級聯使用。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：

一種基于石墨烯的硅基微環光路由器，其特征在于，包括至少一個微環光路由器，所述微環光路由器包括兩條相互平行的總線光波導I和總線光波導II，所述的總線光波導I和總線光波導II之間設置有微環，所述微環連接有電極，所述微環的整體或部分區域設置有石墨烯層，設置有石墨烯層的微環從下至上依次包括微環硅層、下分隔層、石墨烯層、上分隔層、微環硅層和包層，所述石墨烯層的一側延伸到電極的下方。

所述總線光波導I、總線光波導II和微環置于SOI結構的二氧化硅緩沖層的上方。

所述石墨烯層與二氧化硅緩沖層相互平行。

總線光波導I、總線光波導II和微環的橫截面均采用脊型波導結構。

所述總線光波導I與總線光波導II的幾何結構相同；所述總線光波導I、總線光波導II和微環的波導高度相同；總線光波導I和總線光波導II兩者橫截面的脊型光波導結構的脊寬和微環橫截面的脊型光波導結構的脊寬相同。

微環與總線光波導I以及總線光波導II的耦合距離相同。

所述石墨烯層的材料由單層石墨烯材料制成。

當微環光路由器的數量大于等于2個時，各個微環光路由器串聯連接。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

本發明基于SOI結構，可使用商用SOI晶元進行制作，與CMOS工藝兼容，并且器件能耗低穩定性好，便于與其他光電元件互聯。

本發明采用插分復用型微環諧振結構，在很大程度上減少了器件尺寸面積，使得器件結構緊湊，便于集成。

通過電極對石墨烯層施加不同的偏置電壓，來靈活的調制微環中的諧振波長，從而可以靈活且實時地選擇和分離出具有特定波長值的光信號。

同時，本發明的器件設計靈活、能耗較低、使用方便，可以通過將總線光波導I相連接來進行多個基本單元級聯使用來滿足不同的波分復用要求；通過對不同的電極施加不同的偏置電壓，可以實現不同波長光信號的選擇以實現光路由功能。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。

圖2為本發明中包含石墨烯層的微環的橫截面結構圖。

圖3為本發明中總線光波導I與總線光波導II的橫截面結構圖。