一种基于石墨烯的电吸收光学调制器及其制备方法技术

一种基于石墨烯的电吸收光学调制器及其制造方法。该光学调制器制作在衬底(10)上，包括基于石墨烯的长程SPP波导结构、第一电极(301)、第二电极(302)、光输入端和光输出端；其中基于石墨烯的长程SPP波导结构包括依次形成于衬底(10)上的第一高折射率材料层(201)、第一石墨烯层(202)、第一低折射率材料层(203)、金属薄膜层(204)、第二低折射率材料层(205)、第二石墨烯层(206)、第二高折射率材料层(207)。该光学调制器基于长程SPP波导和电介质加载的SPP波导两种波导结构，因此兼且调制深度大，插入损耗小，品质因子高，对光场的限制作用强的优点。该基于石墨烯的电吸收光学调制器的制备方法，工艺简单，适于规模化生产。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种基于石墨烯的电吸收光学调制器及其制备方法
本专利技术涉及石墨烯应用及光通信
，特别是涉及一种基于石墨烯的电吸收光学调制器及其制备方法。
技术介绍
在光电子集成电路中，光学调制器是最重要的集成器件之一，它将电信号转换成高码率的光数据。基于石墨烯的光学调制器由于具有光和石墨烯的电光相互作用强；带宽很大；操作速度高，对环境温度不敏感，能与目前CMOS工艺兼容等优点备受人们的关注和研究。然而，目前基于石墨烯的光学调制器仍然存在调制深度小，插入损耗大，品质因子低等问题，不能同时兼具调制深度大、插入损耗小，品质因子高，对光场的限制作用强的优点，因此在高集成芯片上光互联上不占优势。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例第一方面提供了一种基于石墨烯的电吸收光学调制器，用以解决现有技术中基于石墨烯的光学调制器不能同时兼具调制深度大、插入损耗小，品质因子高，对光场的限制作用强等高性能的问题。第一方面，本专利技术实施例提供了一种基于石墨烯的电吸收光学调制器，该光学调制器制作在衬底上，包括形成于所述衬底上的基于石墨烯的长程SPP波导结构、以及第一电极、第二电极、光输入端和光输出端；所述基于石墨烯的长程SPP波导结构为多层结构，包括依次形成于所述衬底上的第一高折射率材料层、第一石墨烯层、第一低折射率材料层、金属薄膜层、第二低折射率材料层、第二石墨烯层和第二高折射率材料层；所述第一高折射率材料层与所述第二高折射率材料层的材质为折射率2.5-4的高折射率材料，所述第一低折射率材料层与所述第二低折射率材料层的材质为折射率1.0-2.2的低折射率材料，所述金属薄膜层的材质为金、银、铝或铜；所述基于石墨烯的长程SPP波导结构包括平行于所述衬底且互相垂直的第一方向和第二方向，在所述第一方向上具有相对设置的两端，其中一端与所述光输入端相连接，另一端与所述光输出端相连接，在所述第二方向上，所述第一石墨烯层与所述第二石墨烯层包括突出于所述基于石墨烯的长程SPP波导结构的延伸端，所述第一电极形成于所述第一石墨烯层的延伸端上，所述第二电极形成于所述第二石墨烯层的延伸端上。在本专利技术实施方式中，所述高折射率材料为砷化镓或硅。在本专利技术实施方式中，所述低折射率材料为二氧化硅或氮化硅。在本专利技术实施方式中，所述第一高折射率材料层的厚度为50-500nm，所述第二高折射率材料层的厚度为50-500nm。在本专利技术实施方式中，所述第一高折射率材料层与所述第二高折射率材料层的厚度相同。在本专利技术实施方式中，所述第一石墨烯层和第二石墨烯层中的石墨烯为单层或者多层石墨烯。在本专利技术实施方式中，所述第一石墨烯层的厚度为0.35-3.5nm，所述第二石墨烯层的厚度为0.35-3.5nm。在本专利技术实施方式中，所述第一低折射率材料层的厚度为1-15nm，所述第二低折射率材料层的厚度为1-15nm。在本专利技术实施方式中，所述第一低折射率材料层与所述第二低折射率材料层的厚度相同。在本专利技术实施方式中，所述金属薄膜层的厚度为5-80nm。在本专利技术实施方式中，所述第一高折射率材料层、第一低折射率材料层、金属薄膜层、第二低折射率材料层和第二高折射率材料层在所述第二方向上的宽度为80-800nm。在本专利技术实施方式中，所述第一石墨烯层和所述第二石墨烯层的宽度为400-1800nm。在本专利技术实施方式中，所述第一石墨烯层上，所述第一低折射率材料层与所述第一电极之间的距离为500～1000nm，在所述第二石墨烯层上，所述第二高折射率材料层与所述第二电极之间的距离为500～1000nm。在本专利技术实施方式中，所述第一石墨烯层的延伸端形成于所述衬底上，所述第二石墨烯层的延伸端形成于所述衬底上。在本专利技术实施方式中，在所述第二高折射率材料层上，进一步包括覆盖所述基于石墨烯的长程SPP波导结构的二氧化硅层。本专利技术实施例第一方面提供的基于石墨烯的电吸收光学调制器，同时兼具调制深度大，插入损耗小，品质因子高，对光场的限制作用强的优点，这是由于本专利技术光学调制器中基于石墨烯的长程SPP波导结构包括两种SPP波导结构：长程SPP波导和电介质加载的SPP波导，利用长程SPP波导可以实现较小的插入损耗，利用电介质加载的SPP波导可以实现较强的光场模式分布限制，使光场局域在一个很窄的区域里，这样在该区域插入石墨烯后，就可以实现最大程度对光的吸收。第二方面，本专利技术实施例提供了一种基于石墨烯的电吸收光学调制器的制备方法，包括以下步骤：取衬底，在所述衬底上沉积制备第一高折射率材料层，随后转移一石墨烯薄膜在所述第一高折射率材料层上形成第一石墨烯层，在所述第一石墨烯层上沉积制备第一低折射率材料层，所述第一石墨烯层包括突出于所述第一低折射率材料层一侧的延伸端，在所述第一石墨烯层的延伸端制备导电金属薄膜形成第一电极；在所述第一低折射率材料层上制备一层金属薄膜层，然后在所述金属薄膜层上沉积制备第二低折射率材料层，再转移一石墨烯薄膜在所述第二低折射率材料层上形成第二石墨烯层，在所述第二石墨烯层上沉积制备第二高折射率材料层，所述第二石墨烯层包括突出于所述第二高折射率材料层一侧的延伸端，在所述第二石墨烯层的延伸端沉积导电金属薄膜形成第二电极；所述第一高折射率材料层与所述第二高折射率材料层的材质为折射率2.5-4的高折射率材料，所述第一低折射率材料层与所述第二低折射率材料层的材质为折射率1.0-2.2的低折射率材料，所述金属薄膜层的材质为金、银、铝或铜；所述第一高折射率材料层、第一石墨烯层、第一低折射率材料层、金属薄膜层、第二低折射率材料层、第二石墨烯层和第二高折射率材料层构成基于石墨烯的长程SPP波导结构，所述基于石墨烯的长程SPP波导结构包括平行于所述衬底且互相垂直的第一方向和第二方向，在所述第一方向上具有相对设置的两端，将其中一端与光输入端相连接，另一端与光输出端相连接，得到基于石墨烯的电吸收光学调制器。本专利技术实施例第二方面提供的一种基于石墨烯的电吸收光学调制器的制备方法，工艺简单，适于规模化生产。综上，本专利技术实施例第一方面提供的基于石墨烯的电吸收光学调制器，同时兼具调制深度大，插入损耗小，品质因子高，对光场的限制作用强的优点，这是由于本专利技术光学调制器中基于石墨烯的长程SPP波导结构包括两种SPP波导结构：长程SPP波导和电介质加载的SPP波导，利用长程SPP波导可以实现较小的插入损耗，利用电介质加载的SPP波导可以实现较强的光场模式分布限制，使光场局域在一个很窄的区域里，这样在该区域插入石墨烯后，就可以实现最大程度对光的吸收。本专利技术实施例第二方面提供的一种基于石墨烯的电吸收光学调制器的制备方法，工艺简单，适于规模化生产。本专利技术实施例的优点将会在下面的说明书中部分阐明，一部分根据说明书是显而易见的，或者可以通过本专利技术实施例的实施而获知。附图说明图1为本专利技术实施例基于石墨烯的电吸收光学调制器沿第二方向剖取的截面图；图2为本专利技术实施例一的基于石墨烯的电吸收光学调制器的仿真结果-模场分布图；图3为本专利技术实施例二的基于石墨烯的电吸收光学调制器的仿真结果-模场分布图。具体实施方式以下所述是本专利技术实施例的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术实施例原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本专利技术实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
PCT国内申请，权利要求书已公开。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种基于石墨烯的电吸收光学调制器，该光学调制器制作在衬底上，其特征在于，包括形成于所述衬底上的基于石墨烯的长程SPP波导结构、以及第一电极、第二电极、光输入端和光输出端；所述基于石墨烯的长程SPP波导结构为多层结构，包括依次形成于所述衬底上的第一高折射率材料层、第一石墨烯层、第一低折射率材料层、金属薄膜层、第二低折射率材料层、第二石墨烯层和第二高折射率材料层；所述第一高折射率材料层与所述第二高折射率材料层的材质为折射率2.5-4的高折射率材料，所述第一低折射率材料层与所述第二低折射率材料层的材质为折射率1.0-2.2的低折射率材料，所述金属薄膜层的材质为金、银、铝或铜；所述基于石墨烯的长程SPP波导结构包括平行于所述衬底且互相垂直的第一方向和第二方向，在所述第一方向上具有相对设置的两端，其中一端与所述光输入端相连接，另一端与所述光输出端相连接，在所述第二方向上，所述第一石墨烯层与所述第二石墨烯层包括突出于所述基于石墨烯的长程SPP波导结构的延伸端，所述第一电极形成于所述第一石墨烯层的延伸端上，所述第二电极形成于所述第二石墨烯层的延伸端上。2.如权利要求1所述的基于石墨烯的电吸收光学调制器，其特征在于，所述高折射率材料为砷化镓或硅。3.如权利要求1～2任一项所述的基于石墨烯的电吸收光学调制器，其特征在于，所述低折射率材料为二氧化硅或氮化硅。4.如权利要求1所述的基于石墨烯的电吸收光学调制器，其特征在于，所述第一高折射率材料层的厚度为50-500nm，所述第二高折射率材料层的厚度为50-500nm。5.如权利要求1或4所述的基于石墨烯的电吸收光学调制器，其特征在于，所述第一高折射率材料层与所述第二高折射率材料层的厚度相同。6.如权利要求1所述的基于石墨烯的电吸收光学调制器，其特征在于，所述第一石墨烯层和第二石墨烯层中的石墨烯为单层或者多层石墨烯。7.如权利要求1或6所述的基于石墨烯的电吸收光学调制器，其特征在于，所述第一石墨烯层的厚度为0.35-3.5nm，所述第二石墨烯层的厚度为0.35-3.5nm。8.如权利要求1所述的基于石墨烯的电吸收光学调制器，其特征在于，所述第一低折射率材料层的厚度为1-15nm，所述第二低折射率材料层的厚度为1-15nm。9.如权利要求1或8所述的基于石墨烯的电吸收光学调制器，其特征在于，所述第一低折射率材料层与所述第二低折射率材料层的厚度相同。10.如权利要求1所述的基于石墨烯的电吸收光学调制器，其特征在于，所述金属薄膜层的厚度为5-80nm。11.如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王健，胡晓，贺继方，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44