[發(fā)明專利]一種石墨烯馬赫-曾德爾強度調(diào)制器及其線性化方法

有效

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• 申請日: 2018-03-27
• 公開（公告）號: CN108388034B
• 公開（公告）日: 2020-05-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張尚劍;田楚銘;鄒新海;張雅麗;劉永
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: G02F1/03
• 分類號: G02F1/03
• 代理公司: 成都弘毅天承知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51230
• 代理人: 徐金瓊

本發(fā)明公開了一種石墨烯馬赫?曾德爾強度調(diào)制器及其線性化方法，包括第一調(diào)制臂、第二調(diào)制臂、第一正電極、第二正電極、負電極和襯底層，第一調(diào)制臂和第二調(diào)制臂為石墨烯脊型波導(dǎo)，且兩調(diào)制臂構(gòu)成馬赫?曾德爾干涉結(jié)構(gòu)；所述石墨烯脊型波導(dǎo)從上到下依次包括第一脊部、石墨烯層、第二脊部；第一脊部與石墨烯層被第一隔離層隔離，第二脊部與石墨烯層被第二隔離層隔離；所述第一正電極和第二正電極分別位于第一調(diào)制臂和第二調(diào)制臂石墨烯脊型波導(dǎo)延伸出的石墨烯層上，負電極位于石墨烯脊型波導(dǎo)延伸出的第一隔離層上；輸入端入射恒定功率的TE模式的光波，改變調(diào)制臂的偏置電壓，測量調(diào)制器的輸出光功率，得到調(diào)制器的透射光功率隨偏置電壓變化的曲線。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種石墨烯馬赫-曾德爾強度調(diào)制器及其線性化方法。

背景技術(shù)

馬赫-曾德爾電光調(diào)制器作為光纖通信鏈路的核心器件，在微波光子系統(tǒng)、光信號發(fā)射和處理系統(tǒng)中具有舉足輕重的作用。利用馬赫-曾德爾干涉結(jié)構(gòu)，通過改變調(diào)制器調(diào)制臂中光場的相位差，從而改變兩臂光場的干涉強度，以實現(xiàn)將電信號加載到光信號上的目的。但是，基于鈮酸鋰晶體的馬赫-曾德爾電光調(diào)制器具有亞線性的正弦傳輸曲線，因此當電信號加載到光波上時，會引入非線性失真，嚴重限制了馬赫-曾德爾電光調(diào)制器的使用場景與性能。在非線性失真中，影響最嚴重的是三階交調(diào)失真，因此提高馬赫-曾德爾電光調(diào)制器線性度的關(guān)鍵問題就是如何抑制三階交調(diào)失真的產(chǎn)生(Jiang,W.,Tan,Q.,Qin,W.,Liang,D.,Li,X.,Ma,H.,et al.(2015).A linearization analog photonic link withhigh third-order intermodulation distortion suppression based on dual-parallel Mach–Zehnder modulator.IEEE Photonics Journal,7(3),1-8)。

石墨烯是由碳原子構(gòu)成的二維晶體，在室溫下具有200000cm²/Vs的超高載流子遷移率，同時在外加偏置電壓下，其光導(dǎo)率也會發(fā)生變化，從而改變石墨烯波導(dǎo)的折射率和吸收率。內(nèi)嵌石墨烯波導(dǎo)的折射率變化范圍相比于傳統(tǒng)硅波導(dǎo)材料提高了2個數(shù)量級。這些特有的光電特性使得石墨烯在光電子器件方面具有極其廣泛的應(yīng)用前景。當前基于石墨烯的電光調(diào)制器研究主要關(guān)注于提高其調(diào)制帶寬、調(diào)制速率和降低器件功耗等特有參數(shù)上，其線性度調(diào)制特性較差。但在實際應(yīng)用中，高線性度的石墨烯電光調(diào)制器對于高保真信號傳輸系統(tǒng)具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于：針對上述的現(xiàn)有技術(shù)中基于石墨烯的電光調(diào)制器研究主要關(guān)注于提高其調(diào)制帶寬、調(diào)制速率和降低器件功耗等特有參數(shù)上線性度調(diào)制特性較差的問題，提出一種石墨烯馬赫-曾德爾強度調(diào)制器及其線性化方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種石墨烯馬赫-曾德爾強度調(diào)制器，包括第一調(diào)制臂、第二調(diào)制臂、第一正電極、第二正電極、負電極和襯底層，第一調(diào)制臂和第二調(diào)制臂為石墨烯脊型波導(dǎo)，且兩調(diào)制臂構(gòu)成馬赫-曾德爾干涉結(jié)構(gòu)；所述石墨烯脊型波導(dǎo)從上到下依次包括第一脊部、石墨烯層、第二脊部；第一脊部與石墨烯層被第一隔離層隔離，第二脊部與石墨烯層被第二隔離層隔離；所述第一正電極和第二正電極分別位于第一調(diào)制臂和第二調(diào)制臂石墨烯脊型波導(dǎo)延伸出的石墨烯層上，負電極位于石墨烯脊型波導(dǎo)延伸出的第一隔離層上。其工作原理為：當TE模式的光場入射進石墨烯馬赫-曾德爾電光調(diào)制器之后，經(jīng)過第一個Y型分支波導(dǎo)，分別進入第一調(diào)制臂和第二調(diào)制臂。通過第一正電極、第二正電極和負電極分別給上下兩臂施加不同的偏置電壓。由于石墨烯脊型波導(dǎo)的有效折射率會隨著外部偏置電壓的變化而改變，在兩調(diào)制臂上偏置合適的偏置電壓時，就能有效抑制三階交調(diào)失真的產(chǎn)生。

優(yōu)選地，所述石墨烯脊型波導(dǎo)中的石墨烯層與第二隔離層從第二脊部和襯底層的上表面延伸出來，并由石墨烯層與電極相連，第二隔離層一起延伸，主要起到支撐和對石墨烯層的保護作用。