[发明专利]一种基于掩埋石墨烯加热电极的低功耗脊型波导热光开关及其制备方法

权利要求书

1.一种基于掩埋石墨烯加热电极的低功耗脊型波导热光开关，其特征在于：

整个器件为MZI光波导结构，从左到右，由输入直波导（1），3-dB Y分支分束器（2），两条平行的第一干涉臂（3）和第二干涉臂（4）组成的器件调制区，3-dB Y分支耦合器（5）和输出直波导（6）构成；输入直波导（1）和输出直波导（6）结构相同，3-dB Y分支分束器（2）和3-dBY分支耦合器（5）结构相同，两条平行的第一干涉臂（3）和第二干涉臂（4）结构相同；且输入直波导（1）、3-dB Y分支分束器（2）、第一干涉臂（3）和第二干涉臂（4）、3-dB Y分支耦合器（5）和输出直波导（6）的宽度均相同；

从下到上，两条平行的第一干涉臂（3）和第二干涉臂（4）所组成的MZI光波导结构调制区依次由硅片衬底（21）、在硅片衬底（21）上制备具有波导凹槽结构的聚合物下包层（22）、在聚合物下包层（22）上制备具有倒脊型波导结构的光波导芯层（23）、在倒脊型光波导芯层（23）之中制备的石墨烯加热电极（24）、在光波导芯层（23）上制备的聚合物上包层（25）、在聚合物上包层（25）上制备的金属加热电极（26）组成；且聚合物下包层（22）、倒脊型光波导芯层（23）、石墨烯加热电极（24）、聚合物上包层（25）、金属加热电极（26）的宽度相同；

MZI光波导结构调制区以外区域，从下至上，依次由硅片衬底（21）、聚合物下包层（22）、倒脊型光波导芯层（23）和聚合物上包层（25）组成；

金属加热电极（26）包括有效加热区、输入和输出区、金属加热电极引脚区三部分；除石墨烯加热电极（24）金属引脚（8）的部分区域外，石墨烯加热电极（24）的其余区域完全被金属加热电极（26）覆盖，两者间由聚合物上包层（25）和一部分光波导芯层（23）隔离开。

2. 如权利要求1所述的一种基于掩埋石墨烯加热电极的低功耗脊型波导热光开关，其特征在于：输入直波导（1）和输出直波导（6）的长度a₁和a₁^’为0.5~1.5 cm，宽度为3~7 µm；3-dB Y分支分束器（2）和3-dB Y分支耦合器（5）的Y分支角度θ为0.5~1.5°，Y分支的长度为1000~3000 µm、宽度为3~7 µm；两条平行的第一干涉臂（3）和第二干涉臂（4）长度a₂和a₂’为0.5~1.5 cm、宽度为3~7 µm，两条平行干涉臂之间的中心间距d为30~100 µm；硅片衬底（21）的厚度为0.5~1 mm，聚合物下包层（22）的厚度为4~7 µm，在聚合物下包层（22）上的凹槽宽度为3~7 µm、凹槽深度为0.5~2 µm，光波导芯层（23）的总厚度为3~8 µm，光波导芯层（23）的脊宽为3~7 µm、脊高为0.5~2 µm，石墨烯加热电极（24）的宽度为10~30 µm，石墨烯加热电极（24）的厚度为0.4~1.7 nm，聚合物上包层（25）的厚度为3~6 µm，金属加热电极（26）的宽度10~30 µm，金属加热电极（26）的厚度100~300 nm；金属加热电极（26）有效加热区的长度L₁为1~2 cm、宽度W₁为10~25 µm，两个有效加热区的中心间距W₂为30~80 µm，金属加热电极（26）的输入和输出区的中心间距L₂为0.8~2 cm，金属加热电极的输入和输出区的长度L₃为0.3~1 cm、宽度W₃为50~200 µm，金属加热电极引脚的长度L₄为500~1500 µm、宽度W₄为2000~5000 µm；石墨烯加热电极（24）的金属引脚（8）的长度L₅为2000~5000 µm、宽度W₅为2000~5000 µm。