[發明專利]一種基于石墨烯表面等離子激元的面向2um波段的可調諧功率耦合器

有效

• 申請號: 201911064276.5
• 申請日: 2019-11-01
• 公開（公告）號: CN110727048B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 陸榮國;蔡松煒;王玉姣;沈黎明;林瑞;呂江泊;劉永
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G02B6/122
• 分類號: G02B6/122;G02B6/125;G02B5/00
• 代理公司: 成都弘毅天承知識產權代理有限公司 51230
• 代理人: 軒勇麗

本發明公開了一種基于石墨烯表面等離子激元的面向2um波段的可調諧功率耦合器，包括基底，連接在基底上的輸入條形波導、耦合波導部、輸出S波導和輸出條形波導，耦合波導部由條形波導A、等離子波導、條形波導B平行且間隔一定的距離排列構成，條形波導A與輸入條形波導和輸出S波導銜接，條形波導B與輸出條形波導銜接，等離子波導自下而上依次由底層條形波導，下層石墨烯，介質，上層石墨烯，金屬覆蓋層構成，下層石墨烯和金屬覆蓋層與外部電極相連。該耦合器體積小結構簡單且工作效果穩定，通過對加載于石墨烯上的外部電壓的調控可以調節兩輸出端口所輸出信號的強度，適用于各種基于硅波導的光通信系統。

技術領域

本發明涉及光通信器件技術領域，具體涉及一種基于石墨烯表面等離子激元的面向2um波段的可調諧功率耦合器。

背景技術

2um紅外光指的是波長在1700nm至2100nm這一范圍內的紅外光，這一波段的紅外光在近幾年受到了關注，在遙感探測、激光雷達、醫療、光通信等領域2um紅外光都具有很大的前景，例如2018年NTT先進集成設備研究所公開的基于高速寬帶2um激光的引擎內CO2狀況實時監控，除上述運用外2um紅外光還可以作為中紅外波段激光的泵浦源。

在光通信領域上，2um波段覆蓋范圍廣，可實現更大的傳輸帶寬，同時2um紅外光受大氣擾動、熱輻射和太陽光的影響小，在大氣中傳播時表現出的透過率最高，是構建戶外空間通信系統的理想載波。

石墨烯是由碳原子在平面內以蜂巢結構排列構成的零帶隙二維材料，其表面電導率可通過加載外部電場改變載流子密度的手段進行調控，這一性質被廣泛運用于構建可調諧的光電器件，包括光調制器件，濾波器件及偏振控制器件等，特別的，石墨烯表面等離子激元比較金屬-介質界面的表面等離子激元，在光場束縛能力，損耗水平，傳播距離等方面都有更好的表現，基于石墨烯表面等離子激元的器件具有很高的研究價值。

耦合器是一種現代光通信系統中常用的器件，通過臨近波導間的能量交換，將波導中的光信號部分或完全的轉移到另一波導上，是光通信系統中不可少的組成部分，不僅運用于波導間耦合，在濾波器，偏振選擇器件，調制器件，光開關及激光器的構建上都發揮著重要的作用。

目前針對2um波段，同時具有高集成性的可調器件的相關研究較少，同時對面向2um波段的新型光纖和光通信器件及2um光的調制解調和波分復用是對2um波段研究的焦點。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的在于提出一種基于石墨烯表面等離子激元的面向2um波段的可調諧功率耦合器，該耦合器體積小結構簡單且工作效果穩定，通過對加載于石墨烯上的外部電壓的調控可以調節兩輸出端口所輸出信號的強度，適用于各種基于硅波導的光通信系統。

為了實現上述目的，本發明提供一種基于石墨烯表面等離子激元的面向2um波段的可調諧功率耦合器，包括基底，連接在所述基底上的輸入條形波導、耦合波導部、輸出S波導和輸出條形波導，所述耦合波導部由條形波導A、等離子波導、條形波導B平行且間隔一定的距離排列構成，所述條形波導A與輸入條形波導和輸出S波導銜接，所述條形波導B與輸出條形波導銜接，所述等離子波導自下而上依次由底層條形波導，下層石墨烯，介質，上層石墨烯，金屬覆蓋層構成，所述下層石墨烯和金屬覆蓋層與外部電極相連。

進一步的，所述條形波導A與輸入條形波導和輸出S波導寬度、高度均一致；所述條形波導B與輸出條形波導寬度、高度均一致。

進一步的，所述等離子波導中的石墨烯-介質-石墨烯的多層結構通過電極加載電壓控制石墨烯的表面電導率來控制多層結構的有效折射率，根據需要對兩端口輸出作調整。

進一步的，所述基底上的輸入條形波導、耦合波導部、輸出S波導和輸出條形波導表面均采用二氧化硅或硫系玻璃進行封裝，比如硫化亞砷，又或其他常用封裝材料進行封裝。

進一步的，所述上層石墨烯和下層石墨烯均包括單層石墨烯結構或多層石墨烯重疊結構，可以根據實際需要進行適當的摻雜。