[发明专利]基于石墨烯表面等离子激元的光学半加器

说明书

本发明公开了一种基于石墨烯表面等离子激元的半加器，包括基底、缓冲层、第一直波导、第二直波导、第三直波导、第四直波导、第一微环谐振腔、第二微环谐振腔、第三微环谐振腔、弧度为180度的半圆环形波导和弧度为90度的四分之一圆环形波导，这些波导分别由三层波导层叠形成，且其底层波导材料为二氧化硅，中层波导材料为石墨烯，上层波导材料为二氧化硅，控制第一微环谐振腔、第二微环谐振腔和第三微环谐振腔的谐振与失谐，从而在光学半加器的第一输出端和第二输出端准确的得到相应的逻辑值；优点是采用石墨烯表面等离子激元作为传输媒介，能够有效的突破光学衍射对器件尺寸的限制，排列紧凑，尺寸较小，便于操控，利于大规模的片上集成。

技术领域

本发明涉及一种光学半加器，尤其是涉及一种基于石墨烯表面等离子激元的光学半加器。

背景技术

伴随着摩尔定律的预言，集成电路经过几十年的迅猛发展，其规模越做越大，尺寸却在不断缩小，电互连的延迟、带宽和功耗等问题日益突出。相比用光作为信息载体的集成光路具有带宽大、速度快、功耗低和抗干扰能力强等优点应运而生。半加器作为集成光路中不可或缺的基础逻辑器件，有着众多的用途，例如：半加器是光通信和光运算的关键器件，可以实现光通信中IP路由器节点的报头更新和校验验证，已被应用于多种光逻辑电路(例如移位寄存器和二进制计数器等)。因此，对光学半加器的研究有着极其重要的意义。

近年来，光学逻辑器件受到越来越多的学者关注。田永辉等人基于微环谐振器设计出的光学半加器由于存在交叉波导结构，且单环出现三个耦合区的情况，光学半加器的传输损耗及交叉串扰都比较高。吴小所等人在此基础上进行了改进，虽然避免了上述问题提高了光学半加器的输出质量，但是他们所设计的光学半加器由于受到光学衍射的限制，尺寸都比较大，难以满足片上集成的需求。

表面等离子激元是金属表面自由电子与光子相互作用时形成的一种特殊形式的电磁波，具有高度局域性，常存在于两种介电常数相反的材料界面处，可以克服光学衍射对器件影响。而石墨烯是一种由碳单原子周期性排列的蜂窝状结构组成的二维材料，石墨烯表面等离子激元相比于贵金属表面等离子激元，拥有更低的损耗和更高的约束能力。

鉴此，结合石墨烯表面等离子激元及光波导技术设计一种基于石墨烯表面等离子激元的光学半加器，对于减小半加器的尺寸，提高结构紧凑性，利于片上集成的具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种尺寸较小、结构紧凑，利于片上集成的基于石墨烯表面等离子激元的光学半加器。