[发明专利]一种基于双石墨烯谐振腔耦合波导的逻辑或门器件

说明书

本发明涉及一种基于双石墨烯谐振腔耦合波导的逻辑或门器件，包括：硅衬底、设置于硅衬底上的蓝宝石层、设置于蓝宝石层表面上的第一石墨烯谐振腔和第二石墨烯谐振腔、分别与第一石墨烯谐振腔以及第二石墨烯谐振腔直接耦合的第一石墨烯纳米条波导、分别与第一石墨烯谐振腔以及第二石墨烯谐振腔直接耦合的第二石墨烯纳米条波导，第一石墨烯纳米条波导以及第二石墨烯纳米条波导沿第一直线依次设置，第一石墨烯谐振腔以及第二石墨烯谐振腔位于第一直线两侧。根据本发明的基于双石墨烯谐振腔耦合波导的结构系统可实现逻辑或门功能，且具有小尺寸、高消光比和超快速的特点。

技术领域

本发明属于光子器件技术领域，具体涉及一种基于双石墨烯谐振腔耦合波导的逻辑或门器件。

背景技术

在全光通信网络中，全光逻辑门是实现光信号的计算、光信号的交换、全光地址识别和全光信号提取等功能的关键组成器件。随着大规模集成光子器件的快速发展，对于光逻辑门小尺寸、高消光比、高对比度及超快速的需求越来越明显，因此实现具有紧凑的器件尺寸、高的消光比、高的对比度、超快的响应速率及易于集成的全光逻辑门器件显得非常重要，此类光逻辑门器件在全光通信网络和全光信号处理中的应用将会越来越广泛。

发明内容

本发明解决的技术问题是本发明公开了一种基于双石墨烯谐振腔耦合波导的逻辑或门器件，根据本发明的基于双石墨烯谐振腔耦合波导的逻辑或门器件可实现逻辑或门功能，且具有小尺寸、高消光比和超快速的特点，在未来的光子器件集成领域具有很大的应用潜力。

本发明提供了一种基于双石墨烯谐振腔耦合波导的逻辑或门器件，包括硅衬底、设置于所述硅衬底上的蓝宝石层、设置于所述蓝宝石层表面上的第一石墨烯谐振腔和所述第二石墨烯谐振腔、分别与所述第一石墨烯谐振腔以及所述第二石墨烯谐振腔直接耦合的第一石墨烯纳米条波导、分别与所述第一石墨烯谐振腔以及所述第二石墨烯谐振腔直接耦合的第二石墨烯纳米条波导，所述第一石墨烯纳米条波导以及所述第二石墨烯纳米条波导沿第一直线依次设置，所述第一石墨烯谐振腔以及所述第二石墨烯谐振腔位于所述第一直线两侧。

直接耦合，是指将光波从一个光学元件直接引入到另一个光学元件当中的过程，本申请中采用石墨烯纳米条波导结构(第一石墨烯纳米条波导、第二石墨烯纳米条波导)耦合两个谐振腔结构(第一石墨烯谐振腔、第二石墨烯谐振腔)，通过改变第一石墨烯谐振腔和第二石墨烯谐振腔的外加偏压将逻辑输入在“1 1”、“1 0”、“0 1”以及“00”之间进行切换。在不同的外加偏压下，石墨烯谐振腔呈现出共振波长不同的窄带滤波特性，从而调节光波导的传输特性。当逻辑输入为“1 1”时，所述第一石墨烯谐振腔和所述第二石墨烯谐振腔与所述石墨烯纳米条波导结构满足相位匹配条件，两个谐振腔均可导通，第一石墨烯谐振腔和第二石墨烯谐振腔中的SPPs可直接耦合到波导中传输，SPPs传输率大，石墨烯纳米条波导结构输出端特定波长下的透过率最大；当逻辑输入为“1 0”或“0 1”时，所述第一石墨烯谐振腔和所述第二石墨烯谐振腔中只有一个谐振腔导通，石墨烯纳米条波导结构与石墨烯谐振腔之间的耦合干涉强度相对于逻辑输入为“1 1”时减弱，石墨烯纳米条波导结构输出端特定波长下的透过率小；当逻辑输入为“00”时，两个谐振腔均无法导通，SPPs无法通过该系统结构，石墨烯纳米条波导结构输出端特定波长下的透过率最小，从而实现逻辑或门功能。根据本发明的逻辑或门器件具有小尺寸、高消光比和超快速的特点。

有益效果：

1)石墨烯的表面电导率可以通过改变石墨烯的化学势来调制，而其化学势又可以通过外加偏置电压或掺杂改变，从而调节其光学性质。由此，将基于双石墨烯谐振腔耦合波导结构应用于集成石墨烯逻辑或门器件中，通过对谐振腔外加偏压可以实现逻辑输出为“1”或“0”的切换。

2)基于双石墨烯谐振腔耦合波导的逻辑或门器件大大的减小了逻辑或门器件的尺寸，能够实现超紧凑结构，有利于逻辑或门器件在片上等离激元光路中的集成。