[发明专利]基于石墨烯-硅波导的带宽可调光带通滤波器

摘要

本发明公开了一种基于石墨烯‑硅波导的带宽可调光带通滤波器，包括硅衬底、第一绝缘层、硅平板、波导层、调节层、第二绝缘层和相位调节器，第一绝缘层的材料和第二绝缘层的材料均为二氧化硅，第一绝缘层附着在硅衬底的上表面，硅平板附着在第一绝缘层的上表面，硅衬底、第一绝缘层和硅平板均为矩形，第一绝缘层的长度等于硅衬底的长度，第一绝缘层的宽度等于硅衬底的宽度，第一绝缘层的长度大于硅平板的长度，第一绝缘层的宽度大于硅平板的宽度，波导层附着在硅平板的上表面；优点是功耗较小，且具有较大的带宽调节范围。

主权项

1.一种基于石墨烯‑硅波导的带宽可调光带通滤波器，其特征在于包括硅衬底、第一绝缘层、硅平板、波导层、调节层、第二绝缘层和相位调节器，所述的第一绝缘层的材料和所述的第二绝缘层的材料均为二氧化硅，所述的第一绝缘层附着在所述的硅衬底的上表面，所述的硅平板附着在所述的第一绝缘层的上表面，所述的硅衬底、所述的第一绝缘层和所述的硅平板均为矩形，所述的第一绝缘层的长度等于所述的硅衬底的长度，所述的第一绝缘层的宽度等于所述的硅衬底的宽度，所述的第一绝缘层的长度大于所述的硅平板的长度，所述的第一绝缘层的宽度大于所述的硅平板的宽度；所述的波导层附着在所述的硅平板的上表面，所述的波导层包括第一直波导、第二直波导、第三直波导、第四直波导和结构相同的四组三级串联耦合微环谐振腔，所述的第一直波导的长度和所述的第四直波导的长度相等且等于所述的硅平板的长度，所述的第二直波导和所述的第三直波导的长度相等且两者的长度之和小于所述的硅平板的长度，所述的第一直波导位于所述的硅平板的上部，所述的第一直波导的左端与所述的硅平板的左端齐平，所述的第一直波导的右端与所述的硅平板的右端齐平，所述的第四直波导位于所述的硅平板的下部，所述的第四直波导的左端与所述的硅平板的左端齐平，所述的第四直波导的右端与所述的硅平板的右端齐平，所述的第二直波导和所述的第三直波导位于所述的硅平板的中部，所述的第二直波导和所述的第三直波导位于同一直线上，所述的第二直波导的左端与所述的硅平板的左端齐平，所述的第三直波导的右端与所述的硅平板的右端齐平；每组所述的三级串联耦合微环谐振腔分别包括三个沿所述的硅衬底的宽度方向排列的三个微环波导，三个所述的微环波导的中心连线平行于所述的硅衬底的宽度方向，相邻两个微环波导之间的间距相等，四组所述的三级串联耦合微环谐振腔分别记为第一三级串联耦合微环谐振腔、第二三级串联耦合微环谐振腔、第三三级串联耦合微环谐振腔和第四三级串联耦合微环谐振腔，所述的第一三级串联耦合微环谐振腔位于所述的第一直波导和所述的第二直波导之间，所述的第一三级串联耦合微环谐振腔中第一个微环波导与所述的第一直波导之间存在间隙，所述的第一三级串联耦合微环谐振腔中第三个微环波导与所述的第二直波导之间存在间隙，所述的第二三级串联耦合微环谐振腔位于所述的第一直波导和所述的第三直波导之间，所述的第二三级串联耦合微环谐振腔中第一个微环波导与所述的第一直波导之间存在间隙，所述的第二三级串联耦合微环谐振腔中第三个微环波导与所述的第三直波导之间存在间隙，所述的第三三级串联耦合微环谐振腔位于所述的第二直波导和所述的第四直波导之间，所述的第三三级串联耦合微环谐振腔中第一个微环波导与所述的第二直波导之间存在间隙，所述的第三三级串联耦合微环谐振腔中第三个微环波导与所述的第四直波导之间存在间隙，所述的第四三级串联耦合微环谐振腔位于所述的第三直波导和所述的第四直波导之间，所述的第四三级串联耦合微环谐振腔中第一个微环波导与所述的第三直波导之间存在间隙，所述的第四三级串联耦合微环谐振腔中第三个微环波导与所述的第四直波导之间存在间隙，所述的相位调节器设置在所述的第一直波导上，且位于所述的第一三级串联耦合微环谐振腔和所述的第二三级串联耦合微环谐振腔之间；所述的调节层包括十二个互不接触的调节单元，十二个所述的调节单元与四组所述的三级串联耦合微环谐振腔中包括的十二个微环波导一一对应匹配，所述的调节单元由从下向上依次层叠的第一三氧化二铝层、第一石墨烯层、第二三氧化二铝层和第二石墨烯层形成，所述的调节单元分布在与其对应的微环波导外附近的硅平板上表面、该微环波导的外侧壁、该微环波导上端面、该微环波导的内侧壁以及位于该微环波导内的硅平板上表面；所述的调节单元位于该微环波导内的硅平板上表面的部位上设置有开口，所述的硅平板暴露在所述的开口处，该微环波导内设置有延伸到其外部的第一电极和第二电极，所述的第一电极的底部与暴露在所述的开口处的硅平板连接，所述的第二电极的底部与所述的调节单元位于该微环波导内的硅平板上表面的部位连接，该微环波导外设置有第三电极和第四电极，所述的第三电极的底部与所述的调节单元位于该微环波导外的硅平板上表面的部位连接，所述的第四电极的底部与位于所述的微环波导外的硅平板的上表面连接；所述的调节层上设置有第二绝缘层，所述的第二绝缘层的上表面的低于所述的第一电极、所述的第二电极、所述的第三电极和所述的第四电极的顶端，所述的第二绝缘层的前后左右四个端面分别与所述的第一绝缘层的前后左右四个端面齐平，所述的第二绝缘层充满其上表面与前后左右四个端面围成的空间。