一种基于氟化物光纤-黑磷的中红外光调制器制造技术

本发明专利技术属于光电子器件技术领域，公开了一种基于氟化物光纤‑黑磷的中红外光调制器，用于解决现有技术中存在的传输窗口小、很难进行中红外光调制以及调制速率低、体积大和兼容性差的问题。本发明专利技术包括基座，所述基座上设置有卡槽，所述卡槽中套设有氟化物单模光纤，所述氟化物单模光纤包括光纤芯层和包覆在光纤芯层外围的光纤包层，所述氟化物单模光纤上开设有使光纤芯层裸露的凹槽，裸露的光纤芯层的上方从下至上依次覆盖有第一隔离介质层、第一黒磷层、第二隔离介质层和第二黒磷层，所述第一黒磷层和第二黒磷层分别从两侧延伸出来并连接有第一电极和第二电极。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光电子器件
，具体涉及一种基于氟化物光纤-黑磷的中红外光调制器。
技术介绍
光通信技术作为现代通信网的核心，支撑着当代的信息工业。光调制器是光通信系统的基础和关键部件，其功能是改变通过光调制器的光载波的强度、相位、偏振等特性，将电信号加载到光载波上。当前，商用的光调制器有磷酸氧钛钾晶体调制器、铌酸锂晶体调制器、单晶硅调制器等等，一般器件体积较大。中红外波段是电磁波中一个重要的波段，在民用和军用领域，例如在红外对抗(IRCM)、化学物遥感、红外制导、红外侦查、高能激光武器、火焰气体探测器、环境监测、空间通信等多个领域有十分重要的应用。这些都要求光通信器件能够工作在中红外波段。硅基光电子器件的研究大多数处于近红外波段，主要以1550nm为主，硅基中红外波长器件由于材料限制等原因，研究发展比较缓慢。然而现有的红外光调制器使用的传统光纤存在着传输窗口小、很难进行中红外光调制的问题；同时现有的光调制器存在着调制速率低、体积大及兼容性差的问题。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术中存在的传输窗口小、很难进行中红外光调制以及调制速率低、体积大和兼容性差的问题；而提供一种基于氟化物光纤-黑磷的中红外光调制器。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于氟化物光纤-黑磷的中红外光调制器，包括基座，其特征在于，所述基座上设置有卡槽，所述卡槽中套设有氟化物单模光纤，所述氟化物单模光纤包括光纤芯层和包覆在光纤芯层外围的光纤包层，所述氟化物单模光纤上开设有使光纤芯层裸露的凹槽，裸露的光纤芯层的上方从下至上依次覆盖有第一隔离介质层、第一黒磷层、第二隔离介质层和第二黒磷层，所述第一黒磷层和第二黒磷层分别从两侧延伸出来并连接有第一电极和第二电极。所述凹槽的深度为氟化物单模光纤直径的一半。所述第一黒磷层和第二黒磷层的材料是钝化黑磷纳米带，所述钝化黒磷纳米带为氢饱和或氟饱和两类钝化模式的黒磷纳米带。所述光纤芯层的材料为氟锆酸盐玻璃或氟铝酸盐玻璃。所述第一隔离介质层和第二隔离介质层的材料为绝缘材料。所述绝缘材料为硅氧化物、硅氮氧化物或硼氮化物。所述第一电极和第二电极的材料为金、银、铂或铜。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术提供的基于氟化物光纤-黑磷的中红外光调制器，用氟化物光纤代替传统波导，具有超低的光损耗和较低的热光系数，插入损耗小，具有较宽且平坦的中红外光谱透过窗口。2、本专利技术提供的基于氟化物光纤-黑磷的中红外光调制器，相比于传统铌酸锂材料的光调制器具有更小的器件尺寸，且与传统CMOS工艺兼容。3、本专利技术提供的基于氟化物光纤-黑磷的中红外光调制器，由于黑磷具有高的电子迁移率，使得本专利技术的中红外光调制器具有超高的调制速率。4、与传统的调制器相比，本专利技术所提出的基于氟化物光纤-黑磷的中红外光调制器可以克服传统波导型调制器工艺复杂，成本高的缺点；并且还克服了传统调制器很难进行中红外光调制的缺点，有利于光学器件的集成。附图说明图1是本专利技术的基于氟化物光纤-黒磷的中红外光调制器的结构示意图；图2是本专利技术的基于氟化物光纤-黒磷的中红外光调制器的截面示意图；图3是氢饱和、氟饱和两类钝化模式后的黑磷纳米带的带隙随电场变化示意图；图4是氟锆酸盐玻璃光纤在不同波长下的透过率；图中标记：1、基底，21、光纤芯层，22、光纤包层，3、第一隔离介质层，4、第一黑磷层，5、第二隔离介质层，6、第二黑磷层，7、第一电极，8-第二电极。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例，都属于本专利技术的保护范围。结合附图，本专利技术的基于氟化物光纤-黑磷的中红外光调制器，包括基座1，所述基座1上设置有卡槽，作为本专利技术一种优选的方式，卡槽为U型卡槽，所述卡槽中套设有氟化物单模光纤，所述氟化物单模光纤包括光纤芯层21和包覆在光纤芯层21外围的光纤包层22，所述氟化物单模光纤上开设有使光纤芯层21裸露的凹槽，即是说凹槽的深度应当大于光纤包层22的厚度，使得光纤芯层21裸露出来，作为本专利技术一种优选的方式，凹槽的表面还应当进行抛光处理，裸露的光纤芯层的上方从下至上依次覆盖有第一隔离介质层3、第一黒磷层4、第二隔离介质层5和第二黒磷层6，所述第一黒磷层4和第二黒磷层6分别从两侧延伸出来并连接有第一电极7和第二电极8。作为本专利技术一种优选的方式，凹槽的深度为氟化物单模光纤直径的一半。所述第一黒磷层4和第二黒磷层6的材料是钝化黑磷纳米带，所述钝化黒磷纳米带为氢饱和或氟饱和两类钝化模式的黒磷纳米带。所述光纤芯层21的材料为氟锆酸盐玻璃或氟铝酸盐玻璃。所述第一隔离介质层3和第二隔离介质层5的材料为绝缘材料；所述绝缘材料为硅氧化物、硅氮氧化物或硼氮化物。所述第一电极和第二电极的材料为金、银、铂或铜。黑磷是一种单层蜂窝状晶格结构的二维磷原子层，它具有非常好的半导体性质，具有良好的电子迁移率（~1000cm2/Vs），还有非常高的漏电流调制率（是石墨烯的10000倍），且具有饱和吸收特性；并且它具有一个0.3eV的半导体带隙，相当于4.1μm的光子波长，这表明黑磷能够用于宽带光调制。黑磷纳米带(phosphorenenanofibbon，PNR)具有特殊的边缘特性，研究表明氢饱和、氟饱和两类钝化模式后的黑磷纳米带其带隙会随着外加电场的变化而变化。如图3所示，可以看出随着电场的增强，其带隙能迅速下降。以氟锆酸盐玻璃为代表的重金属氟化物玻璃是1975年法国雷恩大学Poulain等人发现氟错酸盐玻璃后迅速发展起来的新型透红外玻璃，它以从紫外到中红外极宽的透光范围、无毒及较好的物理化学性质得到人们的普遍重视,特别是它在2.5μm~3μm范围内有着极低的损耗。近年来氟化物光纤其透射窗口为0.3μm~8μm，克服了传统光纤传输窗口小的缺点，如图4所示为氟锆酸盐玻璃光纤在不同波长下的透过率，可以看出氟锆酸盐玻璃光纤在中红外具有平坦的透射窗口，非常适用于中红外光电子器件。本专利技术的光调制器工作原理为：输入光由氟化物单模光纤2输入后，光纤芯层21泄露出的消逝场与第一黑磷层4和第二黑磷层6相互作用，覆盖光纤芯层越长，光场与黑磷的作用就越充分。电调制信号通过电极施加到第一黑磷层4和第二黑磷层6上，产生偏置电场，随着电场的周期性变化，其带隙也会出现周期性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于氟化物光纤‑黑磷的中红外光调制器，包括基座，其特征在于，所述基座上设置有卡槽，所述卡槽中套设有氟化物单模光纤，所述氟化物单模光纤包括光纤芯层和包覆在光纤芯层外围的光纤包层，所述氟化物单模光纤上开设有使光纤芯层裸露的凹槽，裸露的光纤芯层的上方从下至上依次覆盖有第一隔离介质层、第一黒磷层、第二隔离介质层和第二黒磷层，所述第一黒磷层和第二黒磷层分别从两侧延伸出来并连接有第一电极和第二电极。

【技术特征摘要】
1.一种基于氟化物光纤-黑磷的中红外光调制器，包括基座，其特征在于，所述基座上
设置有卡槽，所述卡槽中套设有氟化物单模光纤，所述氟化物单模光纤包括光纤芯层和包
覆在光纤芯层外围的光纤包层，所述氟化物单模光纤上开设有使光纤芯层裸露的凹槽，裸
露的光纤芯层的上方从下至上依次覆盖有第一隔离介质层、第一黒磷层、第二隔离介质层
和第二黒磷层，所述第一黒磷层和第二黒磷层分别从两侧延伸出来并连接有第一电极和第
二电极。
2.根据权利要求1所述的基于氟化物光纤-黒磷的中红外光调制器，其特征在于，所述
凹槽的深度为氟化物单模光纤直径的一半。
3.根据权利要求1所述的基于氟化物光纤-黒磷的中红外光调制器，其特征在于，所述
第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆荣国，田朝辉，叶胜威，刘天良，陈德军，张尚剑，刘永，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51