[发明专利]一种基于二氧化钒超材料结构的C波段硅基调制器

说明书

本发明公开了一种基于二氧化钒超材料结构的C波段硅基调制器，包括SOI基底，所述SOI基底上沿长度方向的对称轴上呈凸起结构，所述凸起结构为波导层，所述波导层为条形直波导，所述条形直波导分为输入区波导、复合区波导和输出区波导，所述复合区波导上方刻蚀的一排小孔内填充有超材料结构，所述波导层和所述超材料结构由二氧化硅包裹。本发明具有器件尺寸小、状态切换速度快和能耗低的特点。采用二氧化钒超材料结构，可实现小尺寸的调制器；相变材料在不同外界能量刺激下，其折射率会发生改变，且切换速度极快，飞秒量级的光脉冲即可实现状态间的快速切换；在无外界能量刺激下，状态会维持在原有状态，在切换要求不频繁的系统中，可大大降低功耗。

技术领域

本发明涉及一种光通信技术领域，尤其涉及一种基于二氧化钒超材料结构的C波段硅基调制器。

背景技术

随着云计算、物联网以及各种智能终端的普及应用，人们对数据的需求量越来越大，对通信系统在通信容量、速度以及能耗等方面的要求越来越高，传统的通信技术逐渐无法满足海量数据传输的需求。硅光子学得益于其集成度高、带宽大、能耗低、和CMOS工艺兼容等特点，在大容量、低能耗、低成本通信方面有突出优势，是片上光互连最具有潜力的方案之一，在近年取得了一系列重要进展。但在当前技术下，要实现高性能的器件和大规模集成仍然存在较大挑战，其中一个重要的原因是目前硅光子器件，特别是调制器的尺寸较大，难以实现大规模集成。

由于硅在载流子色散效应下折射率的调节范围有限，传统的硅基调制器尺寸较大，通常需要毫米量级的长度。为了解决硅基调制器小型化的难题，目前可以通过增强光与物质的相互作用的方法，如使用高对比度介质材料，来缩小调制器的尺寸，但是有源区的长度仍达到数百微米；还可以通过增加光与传输介质的有效作用长度的方法，如使用谐振结构来降低器件尺寸，来缩小调制器的尺寸，但是工作带宽较窄。

针对上述问题，本发明设计了一种基于二氧化钒超材料结构的C波段硅基调制器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于二氧化钒超材料结构的C波段硅基调制器，解决了现有技术中传统基于载流子色散效应的硅基调制器的器件尺寸大带来的难以实现超大规模集成的挑战的问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于二氧化钒超材料结构的C波段硅基调制器，包括SOI 基底，所述SOI 基底上沿长度方向的对称轴上呈凸起结构，所述凸起结构为波导层，所述波导层为条形直波导，所述条形直波导分为输入区波导、复合区波导和输出区波导，所述复合区波导上方刻蚀的一排小孔内填充有超材料结构，所述波导层和所述超材料结构由二氧化硅包裹。

进一步地，所述凸起结构为所述SOI 基底的顶硅，高度为220nm。

进一步地，所述复合区波导的长度为4-6μm。

进一步地，所述复合区波导上方刻蚀的一排小孔以所述复合区波导的长度方向的中轴线均布排列，所述小孔的直径为80nm-120nm，相邻所述小孔的间距为130nm-170nm。

进一步地，所述超材料结构为相变材料二氧化钒。

进一步地，所述超材料结构为圆柱形，所述圆柱形的上表面与所述复合区波导上表面齐平，用于形成超表面结构，当超表面结构被施加不同的温度时，其所在的复合区波导的折射率随之进行突变，实现输入光传输状态的调制。

进一步地，所述输入区波导的输出端与所述复合区波导的输入端相连，所述输入区波导和所述复合区波导的高度和宽度相等，所述输入区波导用于C波段TM模待调制光的输入。

进一步地，所述输出区波导的输入端与所述复合区波导的输出端相连，所述输出区波导和所述复合区波导的高度和宽度相等，所述输出区波导用于光信号的输出。

本发明的有益效果是：