【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及用于光調(diào)制的器件，特別地，涉及一種石墨烯全光調(diào)制器及其應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、隨著通信技術(shù)的快速發(fā)展，對光調(diào)制器的性能要求日益提高，尤其是在緊湊性、響應(yīng)速度、開關(guān)能量和調(diào)制效率等方面。傳統(tǒng)的電光調(diào)制器在高頻應(yīng)用中面臨諸多限制，例如rc時間常數(shù)限制和鈮酸鋰調(diào)制器的體積龐大、成本高、集成難度大等問題。這些局限性促使研究者們尋求新型材料和技術(shù)，以滿足現(xiàn)代光通信的需求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)提供了一種石墨烯全光調(diào)制器及其應(yīng)用，以解決現(xiàn)有光調(diào)制器，體積龐大、成本高、集成難度大的技術(shù)問題。
2、根據(jù)本專利技術(shù)的一個方面，提供一種石墨烯全光調(diào)制器，包括薄硅槽波導(dǎo)、模式轉(zhuǎn)換器單元以及二氧化硅襯底，薄硅槽波導(dǎo)和模式轉(zhuǎn)換器單元位于二氧化硅襯底上；薄硅槽波導(dǎo)兩側(cè)分別連接有一組模式轉(zhuǎn)換器單元，兩組模式轉(zhuǎn)換器單元對稱分布于薄硅槽波導(dǎo)兩側(cè)；薄硅槽波導(dǎo)上覆蓋有石墨烯-六方氮化硼異質(zhì)結(jié)。
3、進(jìn)一步地，模式轉(zhuǎn)換器單元包括薄硅光柵耦合器、薄硅直波導(dǎo)以及薄硅模式轉(zhuǎn)換器，薄硅光柵耦合器連接薄硅直波導(dǎo)，薄硅直波導(dǎo)連接薄硅模式轉(zhuǎn)換器，薄硅模式轉(zhuǎn)換器連接薄硅槽波導(dǎo)。
4、進(jìn)一步地，薄硅光柵耦合器的高度h1和薄硅槽波導(dǎo)的高度h3一致。
5、進(jìn)一步地，薄硅光柵耦合器的刻蝕為全刻蝕，刻蝕深度為h1。
6、進(jìn)一步地，薄硅直波導(dǎo)的高度h2與薄硅槽波導(dǎo)的高度h3一致。
7、進(jìn)一步地，石墨烯-六方氮化硼異質(zhì)結(jié)的覆蓋面積與薄硅槽波導(dǎo)的面積相同。>
8、進(jìn)一步地，薄硅槽波導(dǎo)的寬度w1為10nm-30nm，薄硅槽波導(dǎo)的硅柱寬度w2為300nm-400nm；和/或薄硅光柵耦合器的高度h1、薄硅直波導(dǎo)的高度h2、薄硅模式轉(zhuǎn)換器的高度h3和薄硅槽波導(dǎo)的高度h4相等，均為50nm-150nm；和/或薄硅模式轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換長度l1為500mm-700nm。
9、根據(jù)本專利技術(shù)的另一方面，還提供了一種采用上述石墨烯全光調(diào)制器，將光纖中模式耦合進(jìn)入薄硅槽波導(dǎo)的應(yīng)用，將信號光與泵浦光輸入光纖中，通過薄硅光柵耦合器將信號光與泵浦光耦合進(jìn)入薄硅直波導(dǎo)，并通過薄硅模式轉(zhuǎn)換器耦合輸入進(jìn)薄硅槽波導(dǎo)中。
10、根據(jù)本專利技術(shù)的另一方面，還提供了一種采用上述石墨烯全光調(diào)制器，進(jìn)行全光調(diào)制的應(yīng)用，包括以下步驟：s100、將信號光與泵浦光輸入光纖；s200、光信號輸入模式轉(zhuǎn)換器單元進(jìn)行光信號的耦合以及模式轉(zhuǎn)換，并輸入至薄硅槽波導(dǎo)中；s300、在薄硅槽波導(dǎo)中，因?yàn)槭┎牧系呐堇幌嗳菰恚芰啃〉男盘柟獗荒芰看蟮谋闷止庹{(diào)制：s400、與步驟s100至s300的光信號輸入模式轉(zhuǎn)換器單元的方法相同，被調(diào)制后的光信號，從薄硅槽波導(dǎo)另一端經(jīng)過對稱的模式轉(zhuǎn)換器單元輸出并耦合至光纖。
11、進(jìn)一步地，步驟s200中，光信號輸入模式轉(zhuǎn)換器單元進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換，并輸入至薄硅槽波導(dǎo)中，具體包括：s201、將光信號耦合進(jìn)薄硅光柵耦合器；s202、光信號通過薄硅直波導(dǎo)進(jìn)入薄硅模式轉(zhuǎn)換器；s203、光信號在薄硅模式轉(zhuǎn)換器中轉(zhuǎn)換為薄硅槽波導(dǎo)中的光信號，從而完成模式的轉(zhuǎn)換；s204、模式轉(zhuǎn)換后的光信號輸入至薄硅槽波導(dǎo)中。
12、本專利技術(shù)具有以下有益效果：
13、本專利技術(shù)石墨烯全光調(diào)制器，薄硅槽波導(dǎo)可以將光場主要集中在低折射率的槽中，相比于硅條波導(dǎo)，槽中的光場強(qiáng)度被增強(qiáng)，光場的有效模式面積被減小，有利于提高光與物質(zhì)相互作用的效率；模式轉(zhuǎn)換器單元利用石墨烯的熱光效應(yīng)和非線性效應(yīng)實(shí)現(xiàn)高效的光信號調(diào)制；兩組模式轉(zhuǎn)換器單元對稱分布于薄硅槽波導(dǎo)兩側(cè)，可以實(shí)現(xiàn)不同模式之間的高效轉(zhuǎn)換，最終信號經(jīng)由另一端的模式轉(zhuǎn)換器單元（如：薄硅模式轉(zhuǎn)換器以及薄硅光柵耦合器）輸出至光纖；石墨烯-六方氮化硼異質(zhì)結(jié)覆蓋在薄硅槽波導(dǎo)上，可以利用石墨烯的非線性吸收特性，如由于石墨烯的泡利不相容原理，當(dāng)石墨烯吸收了高能量的泵浦光后將不再吸收低能量的信號光，使得信號光可以通過，反之則反，從而實(shí)現(xiàn)利用泵浦光控制信號光，實(shí)現(xiàn)高效的全光調(diào)制，這種結(jié)構(gòu)的調(diào)制器在響應(yīng)時間、損耗、驅(qū)動能量、消光比和調(diào)制深度等方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢；石墨烯具有超寬的工作頻帶（300—6000?nm），并在寬帶超連續(xù)譜全光光纖內(nèi)調(diào)制器和超寬帶吸波器上得到了實(shí)現(xiàn)，這使得基于石墨烯的全光調(diào)制器能夠覆蓋廣泛的波長范圍，適用于多種通信窗口；石墨烯的光生載流子產(chǎn)生-復(fù)合的時間只有幾個皮秒，具有超快的弛豫過程，為實(shí)現(xiàn)超快全光調(diào)制器提供了可能；將六方氮化硼對石墨烯的電子的加速冷卻與波導(dǎo)優(yōu)化參數(shù)后對光與石墨烯相互作用的增強(qiáng)相結(jié)合，具有高調(diào)制效率和快冷卻時間，對于超快低能耗硅基光電子芯片的發(fā)展具有重要意義。綜上，石墨烯全光調(diào)制器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠有效地增強(qiáng)光與物質(zhì)的相互作用，實(shí)現(xiàn)高效的全光調(diào)制，同時具有超快響應(yīng)時間和寬帶調(diào)制能力，為光通信和光信息處理技術(shù)的發(fā)展提供了新的可能性，對于超快低能耗硅基光電子芯片的發(fā)展具有重要意義。
14、除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外，本專利技術(shù)還有其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。下面將參照圖，對本專利技術(shù)作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種石墨烯全光調(diào)制器，其特征在于，包括薄硅槽波導(dǎo)（100）、模式轉(zhuǎn)換器單元（200）以及二氧化硅襯底（300），薄硅槽波導(dǎo)（100）和模式轉(zhuǎn)換器單元（200）位于二氧化硅襯底（300）上；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯全光調(diào)制器，其特征在于，模式轉(zhuǎn)換器單元（200）包括薄硅光柵耦合器（201）、薄硅直波導(dǎo)（202）以及薄硅模式轉(zhuǎn)換器（203），薄硅光柵耦合器（201）連接薄硅直波導(dǎo)（202），薄硅直波導(dǎo)（202）連接薄硅模式轉(zhuǎn)換器（203），薄硅模式轉(zhuǎn)換器（203）連接薄硅槽波導(dǎo)（100）。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的石墨烯全光調(diào)制器，其特征在于，薄硅光柵耦合器（201）的高度h1和薄硅槽波導(dǎo)（100）的高度h3一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的石墨烯全光調(diào)制器，其特征在于，薄硅光柵耦合器（201）的刻蝕為全刻蝕，刻蝕深度為h1。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的石墨烯全光調(diào)制器，其特征在于，薄硅直波導(dǎo)（202）的高度h2與薄硅槽波導(dǎo)（100）的高度h3一致。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的石墨烯全光調(diào)制器，其特征在于，石墨烯-六方
7.根據(jù)權(quán)利要求2至6中任一項(xiàng)所述的石墨烯全光調(diào)制器，其特征在于，薄硅槽波導(dǎo)（100）的寬度w1為10nm-30nm，薄硅槽波導(dǎo)（100）的硅柱寬度w2為300nm-400nm；和/或薄硅光柵耦合器（201）的高度h1、薄硅直波導(dǎo)（202）的高度h2、薄硅模式轉(zhuǎn)換器（203）的高度h3和薄硅槽波導(dǎo)（100）的高度h4相等，均為50nm-150nm；和/或薄硅模式轉(zhuǎn)換器（203）的轉(zhuǎn)換長度L1為500mm-700nm。
8.如權(quán)利要求2至7中任一項(xiàng)所述的石墨烯全光調(diào)制器的應(yīng)用，將光纖中模式耦合進(jìn)入薄硅槽波導(dǎo)的應(yīng)用，其特征在于，將信號光與泵浦光輸入光纖中，通過薄硅光柵耦合器（201）將信號光與泵浦光耦合進(jìn)入薄硅直波導(dǎo)（202），并通過薄硅模式轉(zhuǎn)換器（203）耦合輸入進(jìn)薄硅槽波導(dǎo)（100）中。
9.如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的石墨烯全光調(diào)制器的應(yīng)用，進(jìn)行全光調(diào)制的應(yīng)用，其特征在于，包括以下步驟：
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的石墨烯全光調(diào)制器的應(yīng)用，其特征在于，步驟S200中，光信號輸入模式轉(zhuǎn)換器單元（200）進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換，并輸入至薄硅槽波導(dǎo)（100）中，具體包括：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種石墨烯全光調(diào)制器，其特征在于，包括薄硅槽波導(dǎo)（100）、模式轉(zhuǎn)換器單元（200）以及二氧化硅襯底（300），薄硅槽波導(dǎo)（100）和模式轉(zhuǎn)換器單元（200）位于二氧化硅襯底（300）上；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯全光調(diào)制器，其特征在于，模式轉(zhuǎn)換器單元（200）包括薄硅光柵耦合器（201）、薄硅直波導(dǎo)（202）以及薄硅模式轉(zhuǎn)換器（203），薄硅光柵耦合器（201）連接薄硅直波導(dǎo)（202），薄硅直波導(dǎo)（202）連接薄硅模式轉(zhuǎn)換器（203），薄硅模式轉(zhuǎn)換器（203）連接薄硅槽波導(dǎo)（100）。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的石墨烯全光調(diào)制器，其特征在于，薄硅光柵耦合器（201）的高度h1和薄硅槽波導(dǎo)（100）的高度h3一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的石墨烯全光調(diào)制器，其特征在于，薄硅光柵耦合器（201）的刻蝕為全刻蝕，刻蝕深度為h1。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的石墨烯全光調(diào)制器，其特征在于，薄硅直波導(dǎo)（202）的高度h2與薄硅槽波導(dǎo)（100）的高度h3一致。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的石墨烯全光調(diào)制器，其特征在于，石墨烯-六方氮化硼異質(zhì)結(jié)（400）的覆蓋面積與薄硅槽波導(dǎo)（1...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳海濤，周智昂，朱夢劍，羅芳，朱志宏，吳易恒，張鵬程，李友鶴，
申請(專利權(quán))人：中國人民解放軍國防科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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