[发明专利]一种石墨烯电光调制器结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种电光调制器结构，尤其涉及一种低功耗共振背反射石墨烯电光调制结构，属于电光调制技术领域。

背景技术

光调制器在过去几十年间得到了快速的发展，各种各样的调制方法不断涌现，如机械调制,电光调制,声光调制,磁光调制和电源调制等。其中电光调制器开关响应速度快，结构简单，易于集成。因此，电光调制器在激光通信等方面具有重要的应用。

然而在传统电光调制器中主要基于材料的非线性光学特征，即通过外加电场来调控非线性光学材料的介电常数。由于光学材料的非线性系数通常较小，如要实现有效的光调制，需要较大的电压来调控，从而功耗较大，且调制速度比较慢，调节带宽较小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种共振背反射石墨烯电光调制结构，本发明可在较小的电场下有效的调控石墨烯对光的吸收和反射，结构简单，可以有效地降低电光调制的功耗和成本，提高调控速度和带宽。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种石墨烯电光调制器结构，包括光线角度调节部分、石墨烯层和共振背反射背栅极结构。石墨烯层由较高掺杂的单层或多层石墨烯构成，石墨烯层之上是由较高折射率的棱镜和较低折射率的介质层构成的光线角度调节部分，通过折射将入射光转换为大角度倾斜入射到石墨烯层；石墨烯层之下为透明绝缘层，绝缘层之下为透明电极层，绝缘层和透明电极层构成的一定厚度的间隔层；底层为由多层介质布拉格反射镜或金属薄膜构成的背反射镜，同时光线角度调节部分或底层或间隔层植入透明电极层作为栅极，或是利用底层的金属薄膜构成栅极。间隔层、背反射镜和栅极构成共振背反射背栅极结构。

所述背反射镜由多层介质反射镜或金属薄膜构成。多层介质布拉格反射镜由两种介质交替构成，其折射率分别为n₁和n₂，两种介质的厚度分别为λ₀/4n₁和λ₀/4n₂，其中λ₀为特征波长，由石墨烯电光调制器工作波段的中心波长和入射光角度决定。

所述间隔层为透明介质层，其厚度由石墨烯电光调制器工作波段的中心波长、入射光角度和背反射镜决定。

作为本发明的进一步优选，所述光线角度调节部分由较高折射率n₃的棱镜和较低折射率n₄的介质层构成。由光折射公式可知在这两者界面处光线的入射角θ₃和折射角θ₄满足n₃sinθ₃＝n₄sinθ₄，由于n₃>n₄，折射角大于入射角，此结构可以将入射光转换为大角度倾斜入射到石墨烯层。且与已有文献报道不同，在本发明中满足sinθ₃<n₄/n₃，光在石墨烯层表面的传播角度小于90度，不会出现全反射现象。同时，较低折射率的介质层的厚度较厚以消除光在本层的干涉。

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1.本发明基于目前极为成熟的多层膜技术，并采用简单有效的光线调控系统，制作简单。且能有效地通过电压来调控石墨烯的光吸收或反射。

2.本发明通过电压调节石墨烯的费米能级来调控石墨烯的光吸收，与传统的非线性光学材料相比，调控所需要的功耗较小，带宽很宽。有利于制作低功耗高带宽的电光调制器。

附图说明

图1为本发明的示意图。

图2为实施例1所述石墨烯电光调制器的电压调控。

图3为实施例1所述石墨烯电光调制器的电压调控。

图4为实施例2所述石墨烯电光调制器的电压调控。

在图中 1、棱镜 2、低折射率厚介质层 3、石墨烯层 4、绝缘层 5、透明电极层 6、背反射镜 7、遮光板。

具体实施方式