[發明專利]基于石墨烯-硅混合集成光波導的電光半加器

在審

• 申請號: 201810788008.7
• 申請日: 2018-07-18
• 公開（公告）號: CN108983444A
• 公開（公告）日: 2018-12-11
• 發明（設計）人: 陳偉偉;張杰;汪鵬君;李仕琪;丁健;楊建義
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: G02F1/03
• 分類號: G02F1/03;G02F1/035;G02F3/00
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理事務所(普通合伙) 33226
• 代理人: 方小惠

1.一種基于石墨烯-硅混合集成光波導的電光半加器，包括三個結構相同的光開關，每個所述的光開關分別具有第一控制端、第二控制端、第一輸入端、第二輸入端、第一輸出端、第二輸出端和第三控制端，第一個所述的光開關的第一輸出端和第二個所述的光開關的第一輸入端連接，第一個所述的光開關的第二輸出端和第二個所述的光開關的第二輸入端連接，第二個所述的光開關的第一輸出端和第三個所述的光開關的第一輸入端連接，第一個所述的光開關的第一控制端和第三個所述的光開關的第一控制端連接，第一個所述的光開關的第二控制端和第三個所述的光開關的第二控制端連接，將第一個所述的光開關的第一控制端和第三個所述的光開關的第一控制端的連接端與第一個所述的光開關的第二控制端和第三個所述的光開關的第二控制端的連接端中的任意一個作為所述的電光半加器的第一控制端，用于接入第一控制信號，第二個所述的光開關的第一控制端和第二個所述的光開關的第二控制端中的任意一個作為電光半加器的第二控制端，用于接入第二控制信號。第一個所述的光開關的第三控制端、第二個所述的光開關的第三控制端和第三個所述的光開關的第三控制端均接入第三控制信號，所述的第三控制信號為低電平信號，第一個所述的光開關的第一輸入端為所述的電光半加器的輸入端，第二個所述的光開關的第二輸出端為所述的電光半加器的和信號輸出端，第三個所述的光開關的第一輸出端為所述的電光半加器的進位信號輸出端，其特征在于所述的光開關包括結構相同的兩個3dB耦合器、結構相同的兩個相移臂和結構相同的三個電極，所述的3dB耦合器具有第一輸入端、第二輸入端、第一輸出端和第二輸出端，兩個所述的3dB耦合器分別稱為第一3dB耦合器和第二3dB耦合器，兩個所述的相移臂分別稱為第一相移臂和第二相移臂，三個所述的電極分別稱為第一電極、第二電極和第三電極，所述的第一3dB耦合器的第一輸出端通過所述的第一相移臂與所述的第二3dB耦合器的第一輸入端連接，所述的第一3dB耦合器的第二輸出端通過所述的第二相移臂與所述的第二3dB耦合器的第二輸入端連接；所述的第一相移臂分別與所述的第一電極的一端和所述的第二電極的一端相連接，所述的第二相移臂分別與所述的第二電極的一端和所述的第三電極的一端相連接，所述的第一3dB耦合器的第一輸入端為所述的光開關的的第一輸入端、所述的第一3dB耦合器的第二輸入端為所述的光開關的第二輸入端，所述的第二3dB耦合器的第一輸出端為所述的光開關的第一輸出端，所述的第二3dB耦合器的第二輸出端為所述的光開關的第二輸出端，所述的第一電極的另一端為所述的光開關的第一控制端，所述的第二電極的另一端為所述的光開關的第三控制端，所述的第三電極的另一端為所述的光開關的第二控制端；

所述的相移臂包括絕緣層、第一矩形波導、第二矩形波導和調節層，所述的第一矩形波導、所述的調節層和所述的第二矩形波導按照從上到下的順序依次排列，所述的第一矩形波導和所述的第二矩形波導的延伸方向為從左到右，所述的第一矩形波導的左端為其輸入端，所述的第一矩形波導的右端為其輸出端，所述的第二矩形波導的左端為其輸入端，所述的第二矩形波導的右端為其輸出端，所述的絕緣層包覆在所述的第一矩形波導、所述的調節層和所述的第二矩形波導上，所述的調節層包括從上到下層疊的第一二氧化鉿層、第一石墨烯層、第二二氧化鉿層、第二石墨烯層、第三二氧化鉿層、第三石墨烯層、第四二氧化鉿層、第四石墨烯層、第五二氧化鉿層、第五石墨烯層、第六二氧化鉿層、第六石墨烯層、第七二氧化鉿層、第七石墨烯層、第八二氧化鉿層、第八石墨烯層和第九二氧化鉿層，所述的第一石墨烯層、所述的第二石墨烯層、所述的第三石墨烯層、所述的第四石墨烯層、所述的第五石墨烯層、所述的第六石墨烯層、所述的第七石墨烯層和所述的第八石墨烯層的厚度均為0.34納米，所述的第一二氧化鉿層、所述的第二二氧化鉿層、所述的第三二氧化鉿層、所述的第四二氧化鉿層、所述的第五二氧化鉿層、所述的第六二氧化鉿層、所述的第七二氧化鉿層、所述的第八二氧化鉿層和所述的第九二氧化鉿層的厚度均為5納米，所述的第一二氧化鉿層、所述的第二二氧化鉿層、所述的第三二氧化鉿層、所述的第四二氧化鉿層、所述的第五二氧化鉿層、所述的第六二氧化鉿層、所述的第七二氧化鉿層、所述的第八二氧化鉿層和所述的第九二氧化鉿層的折射率均為2.098，所述的第一二氧化鉿層的上表面與所述的第一矩形波導的下表面貼合，所述的第九二氧化鉿層的上表面和所述的第二矩形波導的下表面貼合，所述的第一矩形波導的輸入端、所述的第二矩形波導的輸入端、所述的第一二氧化鉿層的左端、所述的第一石墨烯層的左端、所述的第二二氧化鉿層的左端、所述的第二石墨烯層的左端、所述的第三二氧化鉿層的左端、所述的第三石墨烯層的左端、所述的第四二氧化鉿層的左端、所述的第四石墨烯層的左端、所述的第五二氧化鉿層的左端、所述的第五石墨烯層的左端、所述的第六二氧化鉿層的左端、所述的第六石墨烯層的左端、所述的第七二氧化鉿層的左端、所述的第七石墨烯層的左端、所述的第八二氧化鉿層的左端、所述的第八石墨烯層的左端和所述的第九二氧化鉿層的左端伸到所述的絕緣層外部作為所述的相移臂的輸入端，所述的第一矩形波導的輸出端、所述的第二矩形波導的輸出端、所述的第一二氧化鉿層的右端、所述的第一石墨烯層的右端、所述的第二二氧化鉿層的右端、所述的第二石墨烯層的右端、所述的第三二氧化鉿層的右端、所述的第三石墨烯層的右端、所述的第四二氧化鉿層的右端、所述的第四石墨烯層的右端、所述的第五二氧化鉿層的右端、所述的第五石墨烯層的右端、所述的第六二氧化鉿層的右端、所述的第六石墨烯層的右端、所述的第七二氧化鉿層的右端、所述的第七石墨烯層的右端、所述的第八二氧化鉿層的右端、所述的第八石墨烯層的右端和所述的第九二氧化鉿層的右端伸到所述的絕緣層外部作為所述的相移臂的輸出端，所述的第一石墨烯層的前端、所述的第三石墨烯層的前端、所述的第五石墨烯層的前端和所述的第七石墨烯層的前端伸到所述的絕緣層外作為所述的相移臂的第一控制端，所述的第二石墨烯層的后端、所述的第四石墨烯層的后端、所述的第六石墨烯層的后端和所述的第八石墨烯層的后端伸到所述的絕緣層外作為所述的相移臂的第二控制端；所述的第一相移臂的輸入端和所述的第一3dB耦合器的第一輸出端連接，所述的第一相移臂的輸出端和所述的第二3dB耦合器的第一輸入端連接，所述的第二相移臂的輸入端和所述的第一3dB耦合器的第二輸出端連接，所述的第二相移臂的輸出端和所述的第二3dB耦合器的第二輸入端連接，所述的第一相移臂的第一控制端與所述的第二電極的一端的連接，所述的第一相移臂的第二控制端與所述的第一電極的一端連接，所述的第二相移臂的第一控制端與所述的第二電極的一端連接，所述的第二相移臂的第二控制端與所述的第三電極的一端連接。