[发明专利]基于石墨烯-硅混合集成光波导的电光半加器

权利要求书

1.一种基于石墨烯-硅混合集成光波导的电光半加器，包括三个结构相同的光开关，每个所述的光开关分别具有第一控制端、第二控制端、第一输入端、第二输入端、第一输出端、第二输出端和第三控制端，第一个所述的光开关的第一输出端和第二个所述的光开关的第一输入端连接，第一个所述的光开关的第二输出端和第二个所述的光开关的第二输入端连接，第二个所述的光开关的第一输出端和第三个所述的光开关的第一输入端连接，第一个所述的光开关的第一控制端和第三个所述的光开关的第一控制端连接，第一个所述的光开关的第二控制端和第三个所述的光开关的第二控制端连接，将第一个所述的光开关的第一控制端和第三个所述的光开关的第一控制端的连接端与第一个所述的光开关的第二控制端和第三个所述的光开关的第二控制端的连接端中的任意一个作为所述的电光半加器的第一控制端，用于接入第一控制信号，第二个所述的光开关的第一控制端和第二个所述的光开关的第二控制端中的任意一个作为电光半加器的第二控制端，用于接入第二控制信号。第一个所述的光开关的第三控制端、第二个所述的光开关的第三控制端和第三个所述的光开关的第三控制端均接入第三控制信号，所述的第三控制信号为低电平信号，第一个所述的光开关的第一输入端为所述的电光半加器的输入端，第二个所述的光开关的第二输出端为所述的电光半加器的和信号输出端，第三个所述的光开关的第一输出端为所述的电光半加器的进位信号输出端，其特征在于所述的光开关包括结构相同的两个3dB耦合器、结构相同的两个相移臂和结构相同的三个电极，所述的3dB耦合器具有第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，两个所述的3dB耦合器分别称为第一3dB耦合器和第二3dB耦合器，两个所述的相移臂分别称为第一相移臂和第二相移臂，三个所述的电极分别称为第一电极、第二电极和第三电极，所述的第一3dB耦合器的第一输出端通过所述的第一相移臂与所述的第二3dB耦合器的第一输入端连接，所述的第一3dB耦合器的第二输出端通过所述的第二相移臂与所述的第二3dB耦合器的第二输入端连接；所述的第一相移臂分别与所述的第一电极的一端和所述的第二电极的一端相连接，所述的第二相移臂分别与所述的第二电极的一端和所述的第三电极的一端相连接，所述的第一3dB耦合器的第一输入端为所述的光开关的的第一输入端、所述的第一3dB耦合器的第二输入端为所述的光开关的第二输入端，所述的第二3dB耦合器的第一输出端为所述的光开关的第一输出端，所述的第二3dB耦合器的第二输出端为所述的光开关的第二输出端，所述的第一电极的另一端为所述的光开关的第一控制端，所述的第二电极的另一端为所述的光开关的第三控制端，所述的第三电极的另一端为所述的光开关的第二控制端；

所述的相移臂包括绝缘层、第一矩形波导、第二矩形波导和调节层，所述的第一矩形波导、所述的调节层和所述的第二矩形波导按照从上到下的顺序依次排列，所述的第一矩形波导和所述的第二矩形波导的延伸方向为从左到右，所述的第一矩形波导的左端为其输入端，所述的第一矩形波导的右端为其输出端，所述的第二矩形波导的左端为其输入端，所述的第二矩形波导的右端为其输出端，所述的绝缘层包覆在所述的第一矩形波导、所述的调节层和所述的第二矩形波导上，所述的调节层包括从上到下层叠的第一二氧化铪层、第一石墨烯层、第二二氧化铪层、第二石墨烯层、第三二氧化铪层、第三石墨烯层、第四二氧化铪层、第四石墨烯层、第五二氧化铪层、第五石墨烯层、第六二氧化铪层、第六石墨烯层、第七二氧化铪层、第七石墨烯层、第八二氧化铪层、第八石墨烯层和第九二氧化铪层，所述的第一石墨烯层、所述的第二石墨烯层、所述的第三石墨烯层、所述的第四石墨烯层、所述的第五石墨烯层、所述的第六石墨烯层、所述的第七石墨烯层和所述的第八石墨烯层的厚度均为0.34纳米，所述的第一二氧化铪层、所述的第二二氧化铪层、所述的第三二氧化铪层、所述的第四二氧化铪层、所述的第五二氧化铪层、所述的第六二氧化铪层、所述的第七二氧化铪层、所述的第八二氧化铪层和所述的第九二氧化铪层的厚度均为5纳米，所述的第一二氧化铪层、所述的第二二氧化铪层、所述的第三二氧化铪层、所述的第四二氧化铪层、所述的第五二氧化铪层、所述的第六二氧化铪层、所述的第七二氧化铪层、所述的第八二氧化铪层和所述的第九二氧化铪层的折射率均为2.098，所述的第一二氧化铪层的上表面与所述的第一矩形波导的下表面贴合，所述的第九二氧化铪层的上表面和所述的第二矩形波导的下表面贴合，所述的第一矩形波导的输入端、所述的第二矩形波导的输入端、所述的第一二氧化铪层的左端、所述的第一石墨烯层的左端、所述的第二二氧化铪层的左端、所述的第二石墨烯层的左端、所述的第三二氧化铪层的左端、所述的第三石墨烯层的左端、所述的第四二氧化铪层的左端、所述的第四石墨烯层的左端、所述的第五二氧化铪层的左端、所述的第五石墨烯层的左端、所述的第六二氧化铪层的左端、所述的第六石墨烯层的左端、所述的第七二氧化铪层的左端、所述的第七石墨烯层的左端、所述的第八二氧化铪层的左端、所述的第八石墨烯层的左端和所述的第九二氧化铪层的左端伸到所述的绝缘层外部作为所述的相移臂的输入端，所述的第一矩形波导的输出端、所述的第二矩形波导的输出端、所述的第一二氧化铪层的右端、所述的第一石墨烯层的右端、所述的第二二氧化铪层的右端、所述的第二石墨烯层的右端、所述的第三二氧化铪层的右端、所述的第三石墨烯层的右端、所述的第四二氧化铪层的右端、所述的第四石墨烯层的右端、所述的第五二氧化铪层的右端、所述的第五石墨烯层的右端、所述的第六二氧化铪层的右端、所述的第六石墨烯层的右端、所述的第七二氧化铪层的右端、所述的第七石墨烯层的右端、所述的第八二氧化铪层的右端、所述的第八石墨烯层的右端和所述的第九二氧化铪层的右端伸到所述的绝缘层外部作为所述的相移臂的输出端，所述的第一石墨烯层的前端、所述的第三石墨烯层的前端、所述的第五石墨烯层的前端和所述的第七石墨烯层的前端伸到所述的绝缘层外作为所述的相移臂的第一控制端，所述的第二石墨烯层的后端、所述的第四石墨烯层的后端、所述的第六石墨烯层的后端和所述的第八石墨烯层的后端伸到所述的绝缘层外作为所述的相移臂的第二控制端；所述的第一相移臂的输入端和所述的第一3dB耦合器的第一输出端连接，所述的第一相移臂的输出端和所述的第二3dB耦合器的第一输入端连接，所述的第二相移臂的输入端和所述的第一3dB耦合器的第二输出端连接，所述的第二相移臂的输出端和所述的第二3dB耦合器的第二输入端连接，所述的第一相移臂的第一控制端与所述的第二电极的一端的连接，所述的第一相移臂的第二控制端与所述的第一电极的一端连接，所述的第二相移臂的第一控制端与所述的第二电极的一端连接，所述的第二相移臂的第二控制端与所述的第三电极的一端连接。