[发明专利]基于石墨烯的相位调制器、调制方法及制备方法

权利要求书

1.基于石墨烯的相位调制器，其特征在于，包括：自下而上设置于基板上的衬底层、夹层结构和金属层，其中，所述夹层结构自下而上依次包含下约束层、石墨烯层和上约束层；所述石墨烯层的部分表面具有金属薄膜，用于作为外加电压的接地端。

2.根据权利要求1所述的基于石墨烯的相位调制器，其特征在于，所述衬底层为二氧化硅层；所述上约束层和下约束层分别为硅层；所述金属层为铝层。

3.根据权利要求1所述的基于石墨烯的相位调制器，其特征在于，所述相位调制器为立方体结构；所述衬底层、夹层结构和金属层的尺寸为：长度1-18μm，宽度200-500nm。

4.根据权利要求1所述的基于石墨烯的相位调制器，其特征在于，所述衬底层的厚度为50-150nm，所述下约束层的厚度为5nm-40nm，所述石墨烯层的厚度为0.7nm，所述上约束层的厚度为5-40nm，所述金属层的厚度为5-40nm。

5.根据权利要求4所述的基于石墨烯的相位调制器，其特征在于，所述衬底基板的厚度为100nm，所述下约束层的厚度为30nm，所述石墨烯层的厚度为0.7nm，所述上约束层的厚度为20nm，所述金属层的厚度为15nm。

6.根据权利要求1所述的基于石墨烯的相位调制器，其特征在于，所述下约束层的一个相对侧面上具有光栅耦合器。

7.基于石墨烯的相位调制器的调制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，设置入射光波长，利用外加电压与石墨烯光电导之间的对应关系，确定第一外加电压、第二外加电压和第三外加电压；

步骤2，在石墨烯层与金属层之间依次分别加第一外加电压、第二外加电压和第三外加电压，改变石墨烯层的光导率，从而实现入射光的相位调制。

8.根据权利要求7所述的基于石墨烯的相位调制器的调制方法，其特征在于，所述利用外加电压与石墨烯光电导之间的对应关系，确定第一外加电压、第二外加电压和第三外加电压，具体为：

首先，获取外加电压与石墨烯光电导之间的对应关系：

σ＝Re(σ)+Im(σ)＝(σ′_intra+σ′_inter)+(iσ″_intra++iσ″_inter)

其中，μ是石墨烯的费米能级，d是上约束层的厚度，v_F是石墨烯的费米速度，是约化普朗克常数，n₀为石墨烯中载流子浓度，V₀为石墨烯本征电压，e是电子电荷量，V是外加电压，ε₀、ε_r分别是真空介电常数和上约束层的相对介电常数；σ_inter是带间光导率，σ′_inter是带间光导率的实部，σ″_inter是带间光导率的虚部；σ_intra是带内光导率，σ′_intra是带内光导率的实部，σ″_intra带内光导率的虚部；ω是入射光角频率；σ₀＝πe²/2h，是本征光电导，h是普朗克常数；τ₁是带内弛豫时间，τ₂是带间弛豫时间；

其次，选取石墨烯光导率的虚部大于零对应的电压范围(m，n)为候选电压区间，即σ″_intra+σ″_inter＞0对应的V的取值范围；

最后，取候选电压区间的起始点m为第一外加电压，设定电压增量为k，则第二外加电压为m+k，第三外加电压为m+2k；

其中，0.1＜k＜0.3。