[实用新型]一种T型Slot光波导石墨烯表面等离子体调制器结构

说明书

本实用新型公开了一种T型Slot光波导石墨烯表面等离子体调制器结构，包括T型slot光波导结构、双层石墨烯和金属电极，T型slot光波导结构由基底层、条形金属波导和Slot纳米狭缝组成。Slot纳米狭缝的水平Slot纳米狭缝和竖直Slot纳米狭缝能分别实现对TE模式和TM模式的亚波长局域束缚，增强石墨烯与电磁场的相互作用，提高电光调制深度和调制速率。本实用新型通过优化T型slot光波导特征参数，同步调谐TE和TM模式损耗，从而完成偏振不敏感电光调制。双层石墨烯与金属电极接触，在外界偏置电压激励下实现对光调制器的开启和关闭。本实用新型将为偏振多样化集成器件及芯片的设计提供重要技术思路。

技术领域

本实用新型涉及光电调制技术领域，具体说是一种T型Slot光波导石墨烯表面等离子体调制器结构。

背景技术

电光调制器能够实现电信号与光信号之间的相互转换，在光通信系统中起着关键性作用。然而随着光通信技术的飞速发展，基于传统电光材料的光调制器已经无法满足速率高、体积小、损耗低的行业需求，这使得基于新型材料和结构的电光调制器的研发成为迫切需求。

石墨烯是一种蜂窝形的二维六方碳纳米结构材料，近年也被公认为是传统半导体电光材料的理想替代者。石墨烯之所以能够实现电光调制，主要是由于它的化学势和电导率在外加偏置电压作用下会发生变化，从而引起其折射率和光吸收率的改变。另外，在加工工艺方面，石墨烯结构也与传统CMOS加工技术相兼容。因此，凭借其特有的光电特性和制备兼容性，石墨烯在光电子器件方面表现出广阔的应用前景。

传统光波导通常是由高折射率芯层和低折射率包层构成，然而，传统光波导面临的衍射极限严重制约了它们在集成光子器件中的实际应用。表面等离子体（SP）是一种光电耦合全新波导模式，它不仅能够突破衍射极限，而且能够提高亚波长局部光功率分布，有助于推动光子器件向更小型化和集成化方向的发展。近年来人们提出了多种基于SP的电光调制器，比如专利文献CN202010149875.3中提出的基于表面等离子定向耦合式电光调制器，专利文献CN201711082376.1中提出的基于表面等离子体激元的可集成高带宽电光调制器，专利文献CN201710773062.X中提出的一种单颗粒表面等离激元电光调制器以及专利文献CN202010319865.X中提出的一种基于等离子体结构与有机材料的硅基复合波导的电光调制器等。除了上述SP波导结构，槽结构波导（也称Slot波导，其中芯层折射率低于包层折射率）也能够压缩电磁模场尺寸，提高导波能量密度，例如专利文献201910285130.7中公开的基于H型狭缝波导的偏振无关电光调制器结构。

虽然这些调制器具备较优越的调制性能，然而，它们只能在特定光偏振条件下才能实现调制效应，无法完成偏振不敏感调制，制约了它们在未来芯片偏振多样性的应用，而且现有技术中的基于石墨烯的偏振无光电光调制器的制作工艺复杂且要求较高，不易实现。

发明内容

本实用新型的目的是针对上述现有技术中的不足，提供一种T型Slot光波导石墨烯表面等离子体调制器，以解决传统石墨烯调制器结构复杂和对入射光偏振态敏感的问题。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种T型Slot光波导石墨烯表面等离子体调制器结构，包括T型slot光波导结构、双层石墨烯和金属电极，所述T型slot光波导结构由基底层、条形金属波导和Slot纳米狭缝组成，所述条形金属波导包括第一条形金属波导和第二条形金属波导，所述Slot纳米狭缝由低折射率材料组成，包括水平Slot纳米狭缝和竖直Slot纳米狭缝，所述水平Slot纳米狭缝位于所述基底层上，所述第一条形金属波导和第二条形金属波导并排设于水平Slot纳米狭缝上，第一条形金属波导和第二条形金属波导之间为竖直Slot纳米狭缝，所述双层石墨烯包括第一石墨烯层和第二石墨烯层，第一石墨烯层和第二石墨烯层覆盖在所述T型slot光波导结构上，在中部覆盖条形金属波导部分重叠形成双层结构，重叠的第一石墨烯层和第二石墨烯层覆盖之间设有电容填充物，所述金属电极包括第一金属电极和第二金属电极，第一金属电极和第二金属电极分别与第一石墨烯层和第二石墨烯层连接。