[发明专利]基于石墨烯的相位调制器、调制方法及制备方法

说明书

本发明公开了提供一种基于石墨烯的相位调制器、调制方法及制备方法，该相位调制器，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。衬底层为二氧化硅层；上约束层和下约束层分别为硅层。金属层为铝层。本发明利用石墨烯的电光可调特性，在入射光波长为1550nm时实现对相位的调节，且相位调制器的尺寸较小，有利于实现光电器件小尺寸，高集成的目标。

技术领域

本发明涉及纳米光学器件技术领域，具体涉及一种基于石墨烯的相位调制器、调制方法及制备方法。

背景技术

经过几十年的高速发展，当前集成电路面临着到达摩尔定律物理极限的限制。集成光电互联芯片将光电子技术与微电子工艺相结合，为未来高集成度、高速度、宽带宽的芯片发展趋势提供思路。光电相位调制器是集成光电芯片的重要组成部分之一，目前传统的调制器面临着诸如调制带宽窄，难以进一步集成等问题。因此，如何实现更高的性能、更低的功耗以及更快的速度，成为光电相位调制领域的发展趋势。

石墨烯优越的光子和电子性能使其成为人们关注的焦点，其优异的电光可调特性对新型光电相位调制器而言具有较大的研究和应用价值。相比于传统的调制器，基于石墨烯的光电调制器具有如下几个优势：1.宽带宽操作；2.高速运行；3.能与CMOS(互补金属氧化物半导体)技术兼容。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于石墨烯的相位调制器、调制方法及制备方法，利用石墨烯的电光可调特性，在入射光波长为1550nm时实现对相位的调节，且相位调制器的尺寸较小，有利于实现光电器件小尺寸，高集成的目标。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

(一)基于石墨烯的相位调制器，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。

进一步地，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。

进一步地，所述金属层为铝层。

进一步地，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。

更进一步地，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。

更进一步地，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。

进一步地，所述下约束层的一个相对侧面上具有光栅耦合器。

(二)基于石墨烯的相位调制器的调制方法，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。

进一步地，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：