本发明属于光电子器件技术领域，具体涉及一种基于石墨烯光栅的波长可调的分插复用器。
背景技术：
光分插复用器(OADM)是波分复用系统中的关键器件之一，其功能是将输入的多波长信号中的某一波长信号下载到分支光路中实现信号抽取，另外也能将某一波长信号加载到多波长输出光路中，实现信号的上载，而其它非相关信号将不受影响的通过分叉复用器。
传统的分插复用器都只能实现固定单一波导长上载、下载，要想实现多波长的分插复用只能通过器件的阵列化来实现，这种方式实现多波长分插复用的缺点是整个器件结构尺寸大，能耗高，分叉复用器调谐控制缓慢。另外一些实现波长分叉复用器可调谐的方案包括基于光栅或MZI结构的温度调控，压电应力调控，以及微机电控制。这些方式都有一些共同的缺点相应速度慢很难应对高速复杂的密集波分复用信号，在性能稳定性和可集成性方面缺乏优势。
技术实现要素：
本发明的目的在于：提供一种基于石墨烯光栅的波长可调的分插复用器，解决了现有分插复用器作用波长单一，器件结构复杂庞大，调控速度慢，稳定性差的技术问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种基于石墨烯光栅的波长可调的分插复用器，包括衬底，所述衬底上方设置有信号输入端、信号输出端、信号上载端、信号下载端和单模波导MZI结构，所述单模波导MZI结构包括定向耦合器以及双臂上的石墨烯波导光栅，所述定向耦合器与信号输入端和信号下载端配合，所述定向耦合器与信号输入端和信号下载端配合；所述石墨烯波导光栅分别与电极连接。
进一步的，所述石墨烯波导光栅包括条形直波导，所述条形直波导表面依次铺设第一层石墨烯层、隔离介质层和第二层石墨烯层，所述第一层石墨烯层、隔离介质层和第二层石墨烯层沿条形直波导方向周期性铺设形成光栅结构。
进一步的，所述第一石墨烯层和第二层石墨烯层分别向两侧延伸铺设至电极。
进一步的，所述第一层石墨烯层和第二层石墨烯层均为原子厚度小于4层的二维石墨烯材料。
进一步的，所述隔离介质层为硅氧化物、硅氮氧化物或硼氮化物中的一种或几种。
进一步的，所述电极的材料为金、银、铂或铜中的一种或几种。
进一步的，所述衬底材料为二氧化硅。
进一步的，所述定向耦合器为3dB定向耦合器。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、由于采用硅基波导结构，与CMOS工艺具有很好的兼容性，便于加工，便于集成；结构更紧凑，器件尺寸更小，性能稳定。
2、利用石墨烯作为电光材料，可以电光调控分叉复用器作用波长，能克服传统单一波长分插复用器波长固定的缺陷，可以根据实际情况需要随时改变上下路波长。
3、石墨烯材料具有很高的载流子迁移率，导电性能好，与传统的机械调节，热调节，压电调节相比具备极快的响应速率，调谐灵敏度极高。
附图说明
本发明将通过实例并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的俯视示意图；
图3是双臂石墨烯波导光栅的端面结构示意图；
图4是双臂石墨烯波导光栅的俯视结构示意图；
图5是双臂石墨烯波导光栅高低折射率介质折射率差为0.5时的反射光谱图；
图中标记：1-衬底，2、6-定向耦合器，31、32、5-电极，41、42-石墨烯光栅，7-信号输入端，8-信号下载端，9-号上载端，10-信号输出端，11、15-第一层石墨烯，12、16-第二层石墨烯，13、17-隔离介质，14、18-条形直波导。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
下面结合附图1-5对本发明作详细说明。
具体实施例1
一种基于石墨烯光栅的波长可调的分插复用器，包括衬底，所述衬底上方设置有信号输入端、信号输出端、信号上载端、信号下载端和单模波导MZI结构，所述单模波导MZI结构包括定向耦合器2、定向耦合器6、双臂上的石墨烯波导光栅41和石墨烯波导光栅42，
所述定向耦合器2与信号输入端7和信号下载端8配合，所述定向耦合器6与信号输入端9和信号下载端10配合；
石墨烯波导光栅41两侧设置电极5和电极31，石墨烯波导光栅42两侧设置电极5和电极32。
所述石墨烯波导光栅41包括条形直波导14，所述石墨烯波导光栅42包括条形直波导18，所述条形直波导14表面依次铺设第一层石墨烯层11、隔离介质层13和第二层石墨烯层12，所述第一石墨烯层11向电极5方向延伸铺设并连接电极5，第二层石墨烯层12向电极31方向延伸铺设并连接电极31；所述第一层石墨烯层11和第二层石墨烯层12均为原子厚度小于4层的二维石墨烯材料；所述第一层石墨烯层11、隔离介质层13和第二层石墨烯层12沿条形直波导14方向周期性铺设形成光栅结构；条形直波导14的芯层材料为硅材料。
所述条形直波导18表面依次铺设第一层石墨烯层15、隔离介质层17和第二层石墨烯层16，所述第一石墨烯层15向电极5方向延伸铺设并连接电极5，第二层石墨烯层16向电极32方向延伸铺设并连接电极32；所述第一层石墨烯层15和第二层石墨烯层16均为原子厚度小于4层的二维石墨烯材料；所述第一层石墨烯层15、隔离介质层17和第二层石墨烯层16沿条形直波导18方向周期性铺设形成光栅结构；条形直波导18的芯层材料为硅材料。
所述隔离介质层13和隔离介质层17均为硅氧化物、硅氮氧化物或硼氮化物中的一种或几种。
所述电极5、电极31、电极32的材料为金、银、铂或铜中的一种或几种。
所述衬底材料1为低折射率二氧化硅。
所述定向耦合器2和定向耦合器6均为3dB定向耦合器；芯层材料为硅材料。
具体实施例2
本实施例衬底1的材料是二氧化硅，厚度为1um；条形直波导14和条形直波导18的材料均为硅，端面为边长w＝0.4μm的正方形；第一层石墨烯11、第一层石墨烯15、第二层石墨烯12和第二层石墨烯16均为单原子层石墨烯，厚度为0.7nm，电极5、电极31、电极32的材料均为金，电极31和电极32构成第一电极，电极5为第二电极，第一电极和第二电极外接偏振电压；隔离介质层13和隔离介质层17的材料均为六方氮化硼hBN，厚度为50nm；3dB定向耦合器2和定向耦合器6的耦合间距均为0.4μm，耦合长度均为50μm；石墨烯波导光栅41和石墨烯波导光栅42的参数Λ＝1.603μm，a＝1μm，b＝0.603μm，总长度30μm。
本发明利用石墨烯折射率可调的特性，设计出的基于石墨烯光栅的波长可调的分插复用器，具有结构紧凑，性能稳定，成本低廉，调谐速度快，灵敏度高等优点。这些良好的性能适用于光通信的波分复用系统、信号处理、集成光学等领域，具有很高的使用价值。
本发明的工作原理为：信号输入端7输入多个波长的信号λ1λ2...λn-1λn，经过3dB耦合器2将信号等强度分配两直臂条形直波导中，由于两直臂条形直波导周期性铺设有石墨烯，波导将形成布拉格光栅结构，多波长信号λ1λ2...λn-1λn经过布拉格光栅时，会因为布拉格反射而反射满足条件的特定波长，通过调整石墨烯的折射率可以改变布拉格反射波长λi，波长为λi的信号反射回去，经过3dB耦合器2会耦合到信号下载端8，实现λi波长信号的下载，剩余不满足布拉格反射条件的信号光将经过第二个3dB耦合器6，耦合进入信号输出端10，继续向前传输；同理，在信号上载端9输入λj波长信号，经过3dB耦合器6将信号等强度分配两直臂条形直波导中，通过适当调节石墨烯的偏置电压，可以使双臂上的石墨烯波导光栅对λj进行反射，并从3dB耦合器6耦合进入信号输出端10。从而可以通过调节石墨烯偏置电压，改变石墨烯折射率，实现在同一分插复用器件上对不同波长信号上载或下载，即波长可调谐分插复用。