[发明专利]一种微型石墨烯环形谐振腔光学移相器

说明书

本发明公开了一种微型石墨烯环形谐振腔光学移相器，该光学移相器包括：环形谐振腔、直波导、第一电极以及第二电极；其中，直波导位于环形谐振腔的下方，环形谐振腔和直波导组成谐振腔；第一电极和第二电极嵌套于环形谐振腔的正上方；第一电极和第二电极中间的波导上铺有第一间隔层，第一间隔层上沉积有第一石墨烯层，第一石墨烯层上铺有第二间隔层，第二间隔层上沉积有第二石墨烯层，第二石墨烯层上铺有第三间隔层。本发明解决了由于传统的移相方法存在热串扰、高能耗和响应时间慢等缺陷，且器件体积较大，不适用于片上集成，严重制约了追求紧凑高速高带宽的通用线性电路的性能的问题。

技术领域

本发明涉及通用线性电路(Universal Linear Circuit)、硅光片上互联和低能耗光芯片技术领域，特别涉及一种微型石墨烯环形谐振腔光学移相器。

背景技术

随着摩尔时代渐趋于终结，人们已经开始把目光从高能耗、高延时的电计算、电通信转移到低能耗、低延时的光计算、光通信和量子通信上。

通用线性电路作为一种可重编程的光电路，为量子计算和通信以及全光多输入多输出提供了一个潜在平台。通用线性电路本质上是一种用SiO₂芯片制作的可重构集成波导器件，理论上足以实现所有可能的线性光协议，但其功能的实现受到其尺寸限制。相比于通过集成马赫曾德尔调制器在波导上实现光学变换的方法，利用微环谐振腔的方法更具优势。微环占地面积较小，能耗更低，在尺寸有限的SiO₂芯片上可以更为容易的对线性电路进行扩张，最关键的是可以在通用线性电路有限的尺寸下容纳更多的光学器件，以尽可能扩大可实现的光协议数量，对于提升系统性能十分关键。

目前，实现光学相位调制器的方法主要包括利用材料的自由载流子色散、热光、电光效应或变形特性等。自由载流子色散可以获得较高的调制速率，然而该方法通常需要微米尺寸的器件，并以1-3V的驱动电压积累π相移，这限制了调制效率，也增加了能量消耗。申请号为201920229695.9的专利申请，提供了一种具有波形结构的移相器模组、移相器及天线；申请号为201910555562.5的专利申请，公开了一种避免谐振现象的合路移相器；申请号为201821346870.4的专利申请公开了一种用于5G通讯的自主清洁多层板移相器。但是，以上都是基于传统移相方法，存在热串扰、高能耗和响应时间慢等缺陷，且体积较大，不适用于片上集成，严重制约了追求紧凑高速高带宽的通用线性电路的性能。

发明内容

本发明提供了一种微型石墨烯环形谐振腔光学移相器，以解决由于传统的移相方法存在热串扰、高能耗和响应时间慢等缺陷，且体积较大，不适用于片上集成，严重制约了追求紧凑高速高带宽的通用线性电路的性能的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

一种微型石墨烯环形谐振腔光学移相器，该微型石墨烯环形谐振腔光学移相器包括：环形谐振腔、直波导、第一电极和第二电极；其中，

所述直波导位于所述环形谐振腔的下方，所述环形谐振腔和所述直波导组成谐振腔；所述第一电极和所述第二电极嵌套于所述环形谐振腔的正上方；

所述第一电极和所述第二电极中间的波导上铺有第一间隔层，所述第一间隔层上沉积有第一石墨烯层，所述第一石墨烯层上铺有第二间隔层，所述第二间隔层上沉积有第二石墨烯层，所述第二石墨烯层上铺有第三间隔层。

可选地，所述第一电极为Pd/Au电极，所述第二电极为Au电极。

可选地，所述第一电极位于距离所述环形谐振腔300nm处的外部，所述第二电极位于距离所述环形谐振腔300nm处的内部；所述第一电极与第二电极体呈轴对称分布。

可选地，所述环形谐振腔的半径为5.2μm。

可选地，所述环形谐振腔和直波导的材料为Si，衬底为SiO₂。