[发明专利]基于单层石墨烯的单一结构的双逻辑门光调制器件

摘要

本发明公开了一种基于单层石墨烯的单一结构的双逻辑门光调制器件，包括三个直波导和两个环形波导，相邻波导之间耦合形成四个耦合区，作为能量转移区；在部分环形波导的脊形硅层的脊形区域嵌入一层石墨烯层，在脊形区域的上下两侧分别设置一个与脊形硅层同弯曲方向的共面波导电极，用于模拟电信号的加载与调制，改变石墨烯层的费米能级，引起石墨烯层吸收系数的变化，对光信号进行吸收与调制；根据石墨烯波导调制长度，确定光信号的衰减程度，进而控制输出光能量，实现不同的逻辑功能。本发明具有光信号耦合调制一体化的功能，传输损耗低，响应速率快，驱动电压低，调制带宽宽，集成度高，且其制作工艺与COMS数字集成电路工艺兼容。

主权项

1.一种基于单层石墨烯的单一结构的双逻辑门光调制器件，其特征在于，包括三个结构尺寸相同的直波导和两个结构尺寸相同的环形波导，将三个直波导分别称为第一直波导(1‑1)、第二直波导(1‑2)和第三直波导(1‑3)，将两个环形波导分别称为第一环形波导(2‑1)和第二环形波导(2‑2)，三个直波导等间距并排设置，第一环形波导(2‑1)置于第一直波导(1‑1)和第二直波导(1‑2)之间，第二环形波导(2‑2)置于第二直波导(1‑2)和第三直波导(1‑3)之间，五个波导整体呈中心对称结构，且五个波导均为单模脊形波导，单模脊形波导包括脊形硅层(6)和二氧化硅底层(7)；第一直波导(1‑1)的下端作为单模光纤接口，第一直波导(1‑1)上部与第一环形波导(2‑1)左侧形成第一耦合区(3‑1)，第一环形波导(2‑1)右侧与第二直波导(1‑2)上部形成第二耦合区(3‑2)，第二直波导(1‑2)下部与第二环形波导(2‑2)左侧形成第三耦合区(3‑3)，第二环形波导(2‑2)右侧与第三直波导(1‑3)下部形成第四耦合区(3‑4)，第三直波导(1‑3)的上端作为逻辑输出端；所述第一耦合区(3‑1)、第二耦合区(3‑2)、第三耦合区(3‑3)和第四耦合区(3‑4)的耦合间距相同；对第一环形波导(2‑1)的上部中心区域，在脊形硅层(6)的脊形区域嵌入一层石墨烯层(8)，在该脊形区域的上下两侧分别设置一个与脊形硅层(6)同弯曲方向的共面波导电极(5)，形成第一吸收调制区(4‑1)；所述第一环形波导(2‑1)的上部中心区域为第一环形波导(2‑1)上第一耦合区(3‑1)和第二耦合区(3‑2)之间的上部区域；对第二环形波导(2‑2)的下部中心区域，在脊形硅层(6)的脊形区域嵌入一层石墨烯层(8)，在该脊形区域的上下两侧分别设置一个与脊形硅层(6)同弯曲方向的共面波导电极(5)，形成第二吸收调制区(4‑2)；所述第二环形波导(2‑2)的下部中心区域为第二环形波导(2‑2)上第三耦合区(3‑3)和第四耦合区(3‑4)之间的下部区域；所述第一吸收调制区(4‑1)与第二吸收调制区(4‑2)的结构尺寸相同；根据石墨烯波导调制长度，确定最终光信号的衰减程度，进而控制输出光能量，分别实现或非门及与非门这两种不同的逻辑功能：当满足单个吸收调制区(4‑1,4‑2)即可将光信号的能量吸收掉时，该器件实现或非门的逻辑功能；当需要两个吸收调制区(4‑1,4‑2)同时吸收调制才能使输出端无输出光时，该器件实现与非门的逻辑功能。