[發明專利]一種基于石墨烯的高線性度微環輔助MZ調制器

在審

• 申請號: 202110793625.8
• 申請日: 2021-07-12
• 公開（公告）號: CN113448135A
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 陸榮國;呂江泊;沈黎明
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G02F1/21
• 分類號: G02F1/21
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于石墨烯的高線性度微環輔助MZ調制器，包括微環波導結構、相位調制結構、信號調制結構、調制耦合結構及集成可調分束器的MZ調制器。微環波導結構上集成相位調制結構和信號調制結構，MZ調制器的調制臂集成調制耦合結構。調制耦合結構和微環波導結構保持相同的曲率并固定一定間距進行耦合。相位調制結構、調制耦合結構和可調分束器包裹石墨烯層，通過改變石墨烯層的化學勢來調控微環輔助MZ調制器的調制進程，從而達到所需要的高線性度和高消光比要求，并且此調制器的工作波長可調諧，對線性化的集成光電子器件有著重要的應用價值。

技術領域

本發明涉及光電子技術領域，具體涉及一種基于石墨烯的高線性度微環輔助MZ調制器及其使用方法。

背景技術

電光調制器作為光載無線通信(RoF)技術的核心組成部分，其線性度的優劣會直接影響系統的信號傳輸、處理和無雜散動態范圍(SFDR)。對于電光調制器，目前較為主流的調制方式為外部調制，但是這會引入非線性效應，在鏈路中產生非線性失真。在實際應用中，隨著對模擬信號無失真傳輸和處理的要求日益提升，RoF技術的線性調制也越來越被人們重視。因此，提升電光調制器的線性度，抑制調制器中非線性效應的產生是保證微波信號高保真傳輸，提升RoF性能的重要技術點。目前較為成熟的光域線性化方法包括：光域前饋補償技術、光域雙偏振控制技術、光域后補償技術、微環輔助技術等。其中微環輔助技術是在馬赫-曾德爾(MZ)調制器上集成具有超線性的微環諧振器，形成微環輔助MZ調制器(MRAMZM)，通過微環諧振器來對光路進行線性補償，是一種廣為接收和使用的高線性度實現方案。

該方法主要是利用微環的超線性來與MZ調制器的余弦非線性特性形成互補。對于無損耗模型，通過調控MZM的直流偏置于線性偏置點，再調控微環與MZM調制器的耦合系數為0.928，就可以達到MRAMZM高線性度要求。但是，這些方式大都針對單一的工作波長，這并不能很好地契合波分復用系統。而且實際上模型的微環損耗并不能忽略，這使得固定的耦合結構不再能滿足高線性度要求。所以尋求一種多波長下MRAMZM線性度提升的方案十分有必要。

發明內容

本發明的目的在于：針對以上現有技術所述的微環耦合效率無法在較高精度下調控和微環工作波長受限、不可調諧的技術問題，本發明提供了一種基于石墨烯的高線性度微環輔助MZ調制器。該發明提出了一種新的微環耦合調制結構，基于此結構的微環調制器能夠微調微環與MZM調制臂的耦合效率，使其達到我們想要的某一特定值，且精度較高，從而達到器件高線性度要求。并且該器件的工作波長可調諧，對于線性化集成器件有重要應用價值。

本發明采用的技術方案如下：

一種基于石墨烯的高線性度微環輔助MZ調制器，具體包括微環波導結構、信號調制結構、相位調制結構、調制耦合結構和包含可調分束器的MZ調制器，整個器件安裝在基底上。

進一步地，所述微環波導結構包括硅波導微環，微環上部分集成所述信號調制結構和相位調制結構。下部分與平行貼合的MZM調制臂之間固定一定間距。

進一步地，所述信號調制結構、相位調制結構及調制耦合結構內分別包裹石墨烯層，石墨烯層與波導材料被一定厚度的隔離介質隔離，所述石墨烯層分別向遠離微環波導結構一側延伸，且分別與相應的電極相連。

具體地，所述石墨烯是一種蜂窩形的二維六方碳結構材料，是一種新型的材料，石墨烯在外加電壓作用下，其化學勢及電導率會隨之發生改變，從而改變其折射率和吸收率，同時，石墨烯具有零帶隙結構，使它可以在非常寬的光波長范圍內發揮作用，在傳統SOI波導中水平鋪設石墨烯層，將偏置電壓施加在石墨烯層上，改變石墨烯本身的復折射率，可以改變對入射光的吸收強度達到入射光的相位或振幅調制。

優選地，所述微環波導結構采用條形波導，尺寸為400X220nm，所述波導材料為硅。

優選地，所述基底的材料為二氧化硅。

優選地，所述隔離介質材質為六方氮化硼(hBN)，石墨烯與波導材料之間的隔離介質厚度為5nm。