[发明专利]一种二硫化钼薄膜辅助的热光调制器

说明书

本发明涉及一种二硫化钼薄膜辅助的热光调制器，包括二硫化钼薄膜、微环谐振腔、总线波导以及两个金属电极，其特征在于二硫化钼薄膜覆盖于微环谐振腔的上表面，两个金属电极分别覆盖在微环谐振腔内外两侧的二硫化钼薄膜上；微环谐振腔与总线波导之间通过侧向耦合方式进行信号光的耦合。在两个金属电极上施加电偏压，二硫化钼薄膜中产生焦耳热，并热传导到微环谐振腔上；根据热光效应，微环谐振腔的谐振波长发生移动；通过移动微环谐振腔的谐振波长，使其与信号光波长重合与否，可实现信号光在总线波导输出端的输出光功率变化，从而实现调制功能。本发明有益于形成一种制备工艺简单、尺寸小且能耗低的热光调制器，在光开关和滤波器等领域得到应用。

技术领域

本发明涉及一种二硫化钼薄膜辅助的热光调制器，属于光电子技术领域。

背景技术

集成于片上光子结构(如直波导、慢光波导、微环腔、光子晶体)的调制器，由于具有速率快、尺寸小、功耗低以及与CMOS工艺兼容等优点，得到了光电子领域的学术界和工业界关注。微环腔作为一种典型的光学谐振腔结构，具有高消光比、高品质因子、紧凑结构尺寸等优良特性，是目前光电子集成芯片中的重要组成部分。通过与其它主动或被动器件相结合，微环腔在片上光互连、光传感等领域得到广泛应用。

由于硅具有超高的热导率以及较大的热光系数，热光器件在硅基集成芯片中逐渐发挥重要作用，可应用于移相器、调制器、光开关等光学系统。最广泛应用的片上集成热光调制器是基于硅基光子结构的材料自身热光效应，通过改变光子结构的温度来改变其折射率，以实现光子结构中传输光信号的调制。这种热光调制器需要通过在光子结构上方集成金属电极来产生热量。为防止金属电极对光子结构中光的吸收，需在金属电极和光子结构间插入一层厚二氧化硅隔离层(一般大于2微米)。然而二氧化硅层热导率低，导致热光调制器的加热效率低、动态速度慢，限制热调效率和速度。为解决此问题，目前已有多种基于光子结构的热光调制器被提出和报道，例如，对带有金属微加热器的光子结构进行悬空处理，用空气层进行热隔离，但是这种调制器制备工艺较为复杂，需要考虑机械稳定性。此外，也可选择性掺杂硅光子结构，利用掺杂将硅光子结构自身作为加热器，从而实现光信号调制，但是这种调制器制备工艺同样比较复杂且设计繁琐。

发明内容

要解决的技术问题

为克服现有硅基或氮化硅基光子结构上集成的热光调制器在制备工艺复杂、效率低等方面的缺点，本发明旨在提供一种二硫化钼薄膜辅助的热光调制器，具有制备工艺简单、结构紧凑、效率高等优点。

技术方案

为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案实现：

二硫化钼薄膜辅助的热光调制器，其特征包括二硫化钼薄膜、微环谐振腔、总线波导以及两个用于给二硫化钼薄膜施加电偏压的金属电极；所述二硫化钼薄膜通过覆盖的方式集成于所述微环谐振腔表面；所述二硫化钼薄膜的宽度大于所述微环谐振腔的宽度；所述微环谐振腔与总线波导之间存在间隙，相互采用侧向耦合的方式进行光信号的耦合；所述微环谐振腔的形状为圆环或椭圆环；所述微环谐振腔和总线波导可以是制备在硅基底上，也可以是制备在氮化硅基底上；所述金属电极可以是金电极，也可以是银电极；所述二硫化钼薄膜可以是利用微机械剥离法从二硫化钼块体材料上进行剥离得到的，也可以是利用化学气相沉积法生长得到的；所述二硫化钼薄膜被转移至所述微环谐振腔上表面；所述金属电极分别沉积到所述微环谐振腔内外两侧的所述二硫化钼薄膜表面形成二硫化钼薄膜辅助的热光调制器。

本发明所采用的工作原理，其特征在于如下：