基于石墨烯-硫系玻璃微环谐振腔的中红外电光调制器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光电子技术领域，具体涉及基于石墨烯-硫系玻璃微环谐振腔的中红 外电光调制器。
【背景技术】
[0002] 光调制器是光通信系统的基础和关键部件，其功能是改变通过光调制器的光载波 的强度、相位、偏振等特性，将电信号加载到光载波上。进入本世纪，集成光学器件特别是硅 基集成光电子器件的发展十分迅速，各种新型的光学器件不断被报道出来，其生产成本低， 性能可靠性高，并且能够与电路系统相结合，形成多功能的光电混合模块和系统，将在通 信、传感、军事、生物等众多领域得到广泛地应用，具有非常光明的前景。
[0003] 中红外波段是太阳光辐射光中一个重要的波段，其在各个领域中有着十分重要的 应用，包括传感、环境监测、生物医学应用、热成像等等。到目前为止，硅基光电子器件的研 究大多数处于近红外波段，主要以1550nm为主，硅基中红外波长器件由于材料限制等原因， 研究发展比较缓慢。然而中红外硅基光电子器件有着诸多优点：远大于近红外波段的等离 子色散效应，双光子吸收比近红外波段大大减弱，工艺尺寸更大从而制作简单、成本降低， 更多近红外波段的难以制作的结构。因此，研究和制作硅基中红外器件是一个非常重要和 有意义的课题。本发明的中红外调制器是中红外应用中重要的器件。
[0004] 石墨烯是已知材料中最薄的、最牢固坚硬的、结构也非常稳定的。作为一种网状晶 格结构的二维碳原子单层，它不仅具有优良的导电性能，在室温下传递电子的速度比已知 导体都快，而且呈现出与众不同的光学特性。石墨烯拥有宽的光谱吸收带宽及超高的载流 子迀移率，这些特性使得其在光调制器上可以充分发挥其优势（见文献Ming Liu, Xiaobo Yin, Ulin-Avila, et al. A graphene-based broadband optical modulator. Nature, 2011，Vol 474, p64-67)。目前石墨烯材料大多直接放在脊形硅光波导上，其电光作用是 通过改变光波导外的消逝场来实现的，相当于对光波导施加微扰来改变整个光波导。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种基于石墨烯-硫系玻璃微环谐振腔的中红外电光调制 器，直光波导和微环谐振腔波导均采用硫系玻璃作为波导材料，硫系玻璃具有良好的非晶 态特性和热稳定性，且对中红外光谱具有较宽且平坦的透过窗口；通过外加偏置电压调谐 石墨烯对光的吸收来调控直光波导与微环谐振腔波导之间的光耦合，实现对光信号的调 制。本发明且具有较高的调制深度、高调制速率、且与CMOS工艺兼容的优点。本发明还运用 了石墨烯在光学上的优良性质，利用石墨烯和高Q环形谐振腔设计成具有CMOS结构的新型 调制器，其集成了石墨烯的宽带吸收、载流子迀移率高等材料优势和高Q值环形光学谐振腔 的光程放大的结构优势提高调制速率和减少调制器的尺寸。
[0006] 基于石墨烯-硫系玻璃微环谐振腔的中红外电光调制器，包括基底层，直光波导和 微环谐振腔波导都埋入基底层，微环谐振腔波导的一段上表面铺设有第一石墨烯层、第二 石墨烯层，第一石墨烯层和第二石墨烯层被隔离层分离，并分别从微环谐振腔波导两侧延 伸出来分别连接第一电极和第二电极。
[0007] 基于石墨烯-硫系玻璃微环谐振腔的中红外电光调制器，其特征在于，所述的第一 石墨烯层和第二石墨烯层在微环谐振腔波导处重叠，且被三氧化二铝隔离。
[0008] 所述的基于石墨烯-硫系玻璃微环谐振腔的中红外电光调制器，其特征在于，所述 的直光波导和微环谐振腔波导的材料是硫系玻璃(如Ge23Sb7S7Q)，直光波导与微环谐振腔波 导之间的耦合间距为〇. 2~0.9PS ;隔离层的材料是三氧化二铝;所述的基底层材料为二氧 化娃。
[0009] 所述的基于石墨烯-硫系玻璃微环谐振腔的中红外电光调制器，其特征在于，所述 第一电极和第二电极的材质为金、银、铜、铂、钛、镍、钴、钯之一或其组合体。
[0010] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果： 1、本发明提供的基于石墨烯-硫系玻璃微环谐振腔的中红外电光调制器，用硫系玻璃 作为波导材料，具有较宽且平坦的中红外光谱透过窗口。
[0011] 2、本发明提供的基于石墨烯-硫系玻璃微环谐振腔的中红外电光调制器，相比于 传统铌酸锂材料的电光调制器具有更小的器件尺寸，石墨烯具有宽光谱吸收，且与传统 CMOS工艺兼容。
[0012] 3、本发明提供的基于石墨烯-硫系玻璃微环谐振腔的中红外电光调制器，由于石 墨稀具有超尚的电子迁移率，这表明基于石墨稀的电光调制器可以有超尚的调制速率。
[0013] 4、与传统电光调制器相比，本发明提出的基于石墨烯-硫系玻璃微环谐振腔的中 红外电光调制器可以克服其不能应用到中红外以上的波段，且具有极佳的消热差性能，可 应用于温度自适应中红外光学系统。
【附图说明】
[0014] 图1是本发明的中红外波段电光调制器三维示意图； 图2是本发明的中红外波段电光调制器石墨烯覆盖部分横截面示意图； 图3是本发明的实施例中红外波段电光调制器工作原理示意图； 图4电光调制器归一化传输函数随着微环谐振腔光损耗因子变化而变化的曲线； 图中标记，1-基底层，2-直光波导，3-微环谐振腔波导，4-石墨烯覆盖层，41-第一墨烯 层，42-第二石墨烯层，43-隔离层，44-第一电极，45-第二电极。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合实施例对本发明作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分 实施例，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出 创造性