[实用新型]一种基于二维碳材料的平面光波导加热装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种波导加热装置，特别是涉及平面光波导集成器件领域的一种基于二维碳材料的平面光波导加热装置。

背景技术

利用热光效应是实现可调光器件的一种重要手段，如热光开关、热光调制器、可调谐光衰减器、可调谐功分器以及热光可调谐滤波器等。而要实现热光器件，加热装置是非常重要的。目前的加热装置包含平面光波导、金属电阻丝以及连接外部电源的两个接触点。平面光波导截面如图1所示，由衬底6和自下而上依次沉积在衬底上的隔离层7、芯层8、上包层9和金属电阻丝组成，其中上包层9完全覆盖了芯层8。在上包层9上形成的金属电阻丝的宽度通常大于光传输通道芯层8宽度。

对于这种传统的加热装置，由于需要在平面光波导的芯层与热电阻之间引入较厚的光隔离层（如SiO₂），存在响应速度慢、加热效率低、功耗高等缺点。而且，考虑其温度场梯度，这种传统的加热装置中芯层的温度远远低于热电阻的温度。而由于最高电流密度等因素限制可允许的金属热电阻最高温度有限。因此，采用这种加热装置的热光器件的最大调谐范围受到限制。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种基于二维碳材料的平面光波导加热装置，加热功耗低，加热响应快，加热温度范围大且工艺简单。

本实用新型的技术方案包括：

其平面光波导由衬底和自下而上依次沉积在衬底上的隔离层、芯层和二维碳材料透明热电阻组成，包含覆盖在平面光波导上的二维碳材料透明热电阻和连接外部电源的两个接触点，二维碳材料透明热电阻覆盖在平面光波导的芯层上表面的一侧，两个接触点分别经连接导线连接在二维碳材料透明热电阻的两端。

所述的二维碳材料透明热电阻一部分覆盖于平面光波导的芯层上表面的一侧，另一部分覆盖于平面光波导的芯层侧面上。

所述的二维碳材料透明热电阻呈蛇形且部分覆盖在平面光波导的芯层上表面的一侧。

所述的全部二维碳材料透明热电阻均覆盖在平面光波导的芯层上表面。

所述的覆盖在芯层上表面的二维碳材料透明热电阻的宽度小于平面光波导上芯层的宽度，二维碳材料透明热电阻的中心位置偏离平面光波导的芯层的中心位置。

本实用新型有益的效果是：

1. 本实用新型加热装置由于二维碳材料透明热电阻与平面光波导的芯层直接接触，不需要引入较厚的光隔离层，有利于提高响应速度和加热效率，可以实现较低的功耗。而且，考虑其温度场梯度，本实用新型中芯层的温度几乎与热电阻的温度一致，采用这种加热装置的热光器件可以实现最大的温度调谐范围。

2. 本实用新型的二维碳材料透明热电阻，由于其宽度小于平面光波导的宽度，并且其中心位置偏离平面光波导的芯层的中心位置，因此可以大大减小二维碳材料透明热电阻引入的光功率损耗。

3. 本实用新型的二维碳材料透明热电阻，由于采用较大的宽度、部分覆盖于平面光波导的芯层上方、部分覆盖于平面光波导的芯层的侧壁上，而不引入过多的光功率损耗，因此可以减小干法刻蚀制作二维碳材料透明热电阻的工艺制作难度。

4. 本实用新型的二维碳材料透明热电阻，由于蛇形覆盖在平面光波导芯层上，因此可以在不影响加热效果的同时，有效地减小二维碳材料透明热电阻与平面光波导的接触长度、减小引入的光功率损耗，并且制备过程不需要精准的光刻对准、减小了工艺制作的难度。

5．本实用新型具有广阔的应用范围，可用于由马赫-泽德干涉仪、微谐振环等构成的多种热光器件，包括热光开关、热光调制器、可调谐光衰减器、可调谐功分器以及热光可调谐滤波器等。且不受材料限制，可用于硅、高分子材料、二氧化硅等多种材料的光波导。

附图说明

图1是传统的加热装置的截面图。

图2是本实用新型加热装置的俯视图。

图3是图2中A区域的一种优选实施放大俯视图。

图4是图3的BB’截面的本实用新型一种优选实施图。

图5是图3的BB’截面的本实用新型一种优选实施图。

图6是图2中A区域的一种优选实施放大俯视图。

图7是图6的CC’截面图。

图8是本实用新型应用于马赫-泽德干涉仪的实施例图。

图中：1、平面光波导，2、第一接触点，3、第二接触点，4、第一连接导线，5、第二连接导线，6、衬底，7、隔离层，8、芯层，9、上包层，10、二维碳材料透明热电阻。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。