一种基于氟化物波导或硫系玻璃波导的石墨烯中红外光路由器制造技术

本发明专利技术属于集成光学或光通信技术领域，公开了一种基于氟化物波导或硫系玻璃波导的石墨烯中红外光路由器。包括至少一个微环光路由器，所述微环光路由器包括两条相互平行的总线光波导I和总线光波导II，所述的总线光波导I和总线光波导II之间设置有微环，所述微环连接有电极，所述微环的整体或部分区域设置有石墨烯层，设置有石墨烯层的微环从下至上依次包括氟化物波导或硫系玻璃波导层、下隔离层、石墨烯层、上隔离层、氟化物波导或硫系玻璃波导层和包层，所述石墨烯层的一侧延伸到电极的下方。用作实现光路由功能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于集成光学或光通信
，公开了一种基于氟化物波导或硫系玻璃波导的石墨烯中红外光路由器，由含有石墨烯与电极的微环与两个直波导耦合构成，可用于实现光波分复用和光路由功能。
技术介绍
片上光互连网络是在芯片上实现的光通信网络，在物理层包括光学链路与交换节点两部分。光学链路是由激光器、调制器、光波导、探测器构成的光信号传输通路，每个交换节点由一个光学路由器实现节点的数据收发，考虑到片上光互连网络对通信带宽的要求，还需要采用波分复用技术。近几年的理论和实验研究也表明，微环谐振结构可以很大程度上减小器件的尺寸以适应更高的集成度，并且具有适合采用单片集成的工艺制作、级联形式更加灵活多变等突出优点。因此微环谐振结构对于制作低成本、高性能并且结构紧凑的光电器件具有重要意义。中红外波段是电磁波中一个重要的波段，其在传感、环境监测、生物医学应用、热成像等领域中有着十分重要的应用。基于这一工作波段的中红外材料在现代防御和光电对抗技术中起到了重要的作用。随着红外技术的不断发展，对中红外器件的综合性能也提出了更高的要求，例如，在工作波段具有高的光学质量、容易实现大尺寸高光学质量及复杂形状制备、低成本等。到目前为止，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。然而中红外硅基光电子器件有着诸多优点：远大于近红外波段的等离子色散效应，双光子吸收比近红外波段大大减弱，工艺尺寸更大从而制作简单、成本降低，更多近红外波段的难以制作的结构。因此，研究和制作硅基中红外器件是一个非常重要和有意义的课题。本专利技术的中红外路由器是中红外应用中重要的器件。作为材料界的一颗新星，石墨烯打开了二维材料的大门，并且催生出一系列性能优良，设计灵活的光电子器件。石墨烯是排列成二维蜂窝状晶格结构的单层碳原子，其在电学、光学、机械和热力学的优良特性让很多其它材料望其项背。基于石墨烯的硅光电子器件适应于芯片级别上光学器件能够与CMOS技术兼容，并且具有良好的稳定性和可靠性。由于石墨烯的载流子迁移率室温下非常高，所以其费米能级可迅速的通过带填充效应调制,进而可以高速的调制其对于光的吸收。同时石墨烯的光吸收是独立于光波长的,几乎覆盖所有的电讯通信带宽，这也就意味这该材料可以进行宽带宽操作。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,特别是它有可能在2.5μm～3μm范围内有着极低的损耗。随着氟化物玻璃光波导制造技术的成熟，氟化物波导已经得到实际的应用(见文献袁新强,范有余,曹国喜等.透红外大尺寸氧氟化物玻璃研究.红外与激光工程)。近年来氟化物波导及重金属氟化物波导的研究取得很大的进展，其透射窗口为0.3μm～8μm(见文献Saad M.Heavy Metal Fluoride Glass Fibers and their applications)，克服了传统波导传输窗口小的缺点。硫系玻璃是指以S，Se，Te为主并引入一定量的其它类金属元素所形成的玻璃，它具有优良的透中红外和极佳的消热差性能(见文献Li L,Zou Y,Musgraves J D,et al.Chalcogenide glass planar photonics:from mid-IR sensing to 3-Dflexible substrate integration[J].Proceedings of SPIE-The International Society for Optical Engineering,2013,8600(4):86000K-86000K-6)。传统的集成光学材料，在中红外领域应用时受到限制，而硫系玻璃可以克服这方面的限制。硫系玻璃具有较长的透红外截止波长，可覆盖3个大气窗口。此外，硫系玻璃作为非晶态的材料，不需要严格的晶格匹配，可以与任何衬底材料集成。这是其在集成光学领域有非常广的应用范围。随着科学技术的迅猛发展与通信领域信息传输量的迅猛增长，光信息传输网络也应运而生。光传输网络具有宽带、大容量、性能可靠、抗干扰保密性强等优势。光波分复用技术是目前最成功、最广泛应用的光信道复用技术，为建设超大容量的光纤网络奠定了物质基础，而适合于光波分复用和光路由技术并且具有宽带、稳定可靠、可扩展性等的光波分复用或者光路由元器件也越来越受到关注和重视。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于氟化物波导或硫系玻璃波导的石墨烯中红外光路由器，解决能解决硅基波导不能通过中红外光的缺点，实现对中红外的波分复用要求。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于氟化物波导或硫系玻璃波导的石墨烯中红外光路由器，其特征在于，包括至少一个微环光路由器，所述微环光路由器包括两条相互平行的总线光波导I和总线光波导II，所述的总线光波导I和总线光波导II之间设置有微环，所述微环连接有电极，所述微环的整体或部分区域设置有石墨烯层，设置有石墨烯层的微环从下至上依次包括氟化物波导或硫系玻璃波导层、下隔离层、石墨烯层、上隔离层、氟化物波导或硫系玻璃波导层和包层，所述石墨烯层的一侧延伸到电极的下方。所述总线光波导I、总线光波导II和微环置于SOI结构的二氧化硅缓冲层的上方。所述石墨烯层与二氧化硅缓冲层相互平行。总线光波导I、总线光波导II和微环的材料为材料为氟锆酸盐玻璃、氟铝酸盐玻璃等氟化物玻璃，也可以为硫系玻璃，可以是Ge23Sb7S70、As2Se3、As2S3材料之一。所述总线光波导I与总线光波导II的几何结构相同；所述总线光波导I、总线光波导II和微环的波导高度相同；总线光波导I和总线光波导II两者横截面的光波导结构的宽和微环横截面的光波导结构的宽相同。微环与总线光波导I以及总线光波导II的耦合距离相同。所述石墨烯层的材料由单层石墨烯材料制成。当微环光路由器的数量大于等于2个时，各个微环光路由器串联连接。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术基于氟化物波导或硫系玻璃波导，相对于硅基波导不能通过中红外光的缺点，氟化物波导或硫系玻璃波导对中红外光谱具有较宽且平坦的透过率，因而可实现对中红外的路由。本专利技术基于SOI结构，可使用商用SOI晶元进行制作，与CMOS工艺兼容，并且器件能耗低稳定性好，便于与其他光电元件互联。本专利技术采用微环谐振结构，在很大程度上减少了器件尺寸面积，使得器件结构紧凑，便于集成。通过电极对石墨烯层施加不同的偏置电压，来灵活的调制微环中的谐振波长，从而可以灵活且实时地选择和分离出具有特定波长值的光信号。同时，本专利技术的器件设计灵活、能耗较低、使用方便，可以通过将总线光波导I相连接来进行多个基本单元级联使用来满足不同的波分复用要求；通过对不同的电极施加不同的偏置电压，可以实现中红外波段不同波长光信号的选择以实现光路由功能。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图2为本专利技术中包含石墨烯层的微环的横截面结构图。图3为本专利技术中总线光波导I与总线光波导II的横截面结构图。图4为本专利技术中包含石墨烯层的微环光波导横截面的基模电场模值的分布图。图5为本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于氟化物波导或硫系玻璃波导的石墨烯中红外光路由器，其特征在于，包括至少一个微环光路由器，所述微环光路由器包括两条相互平行的总线光波导I和总线光波导II，所述的总线光波导I和总线光波导II之间设置有微环，所述微环连接有电极，所述微环的整体或部分区域设置有石墨烯层，设置有石墨烯层的微环从下至上依次包括氟化物波导或硫系玻璃波导层、下隔离层、石墨烯层、上隔离层、氟化物波导或硫系玻璃波导层和包层，所述石墨烯层的一侧延伸到电极的下方。

【技术特征摘要】
1.一种基于氟化物波导或硫系玻璃波导的石墨烯中红外光路由器，其特征在于，包括至少一个微环光路由器，所述微环光路由器包括两条相互平行的总线光波导I和总线光波导II，所述的总线光波导I和总线光波导II之间设置有微环，所述微环连接有电极，所述微环的整体或部分区域设置有石墨烯层，设置有石墨烯层的微环从下至上依次包括氟化物波导或硫系玻璃波导层、下隔离层、石墨烯层、上隔离层、氟化物波导或硫系玻璃波导层和包层，所述石墨烯层的一侧延伸到电极的下方。2.根据权利要求1所述的基于氟化物波导或硫系玻璃波导的石墨烯中红外光路由器，其特征在于，所述总线光波导I、总线光波导II和微环置于SOI结构的二氧化硅缓冲层的上方。3.根据权利要求1所述的基于氟化物波导或硫系玻璃波导的石墨烯中红外光路由器，其特征在于，所述石墨烯层与二氧化硅缓冲层相互平行。4.根据权利要求1所述的基于氟化物波导或硫系玻璃波导的石墨烯中红外光路由器，其特征在于，总线光波导I、总线光波导II...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆荣国，田朝辉，刘天良，叶胜威，张尚剑，刘爽，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