對稱結(jié)構(gòu)雙脊型石墨烯波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的制作方法
【專利摘要】對稱結(jié)構(gòu)雙脊型石墨烯波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，屬于光通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及光波導(dǎo)制作技術(shù)。本發(fā)明將設(shè)計(jì)一種對稱結(jié)構(gòu)雙脊型石墨烯波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)，包括SiO2基底，Si波導(dǎo)，石墨烯層及其五方氮化硼夾層以及電極，其特征在于，建立雙脊型的對稱SiO2基底，以Si為波導(dǎo)材料的雙脊型波導(dǎo)中間插入三層石墨烯層，兩層石墨烯層之間填充以五方氮化硼為材料的夾層，電極固定在SiO2基底上，通電后，隨著入射光注入，由于雙脊型波導(dǎo)的對稱結(jié)構(gòu)，不需要對波導(dǎo)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整就可以使光場集中在石墨烯層上，避免了偏移的發(fā)生，從而提高工作效率。該雙脊型石墨烯波導(dǎo)的兩波導(dǎo)基底、石墨烯層及夾層結(jié)構(gòu)對稱，正負(fù)電極的結(jié)構(gòu)也對稱，整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單，對生產(chǎn)工藝要求較低，有利于該石墨烯波導(dǎo)的量產(chǎn)和應(yīng)用。
【專利說明】
對稱結(jié)構(gòu)雙脊型石墨烯波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]對稱結(jié)構(gòu)雙脊型石墨烯波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，屬于光通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及光波導(dǎo)制作技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著集成光學(xué)迅速發(fā)展，人們對于光波導(dǎo)的研究越來越深入。在眾多種類的光波導(dǎo)中，以添加石墨烯層的光波導(dǎo)有著非常廣泛的應(yīng)用前景。石墨烯材料的可飽和吸收效率參數(shù)很小，適宜應(yīng)用于光傳輸領(lǐng)域。選擇合適的工藝，可以制得低損耗、高效率的石墨稀光波導(dǎo)。
[0003]作為一種獨(dú)特的二維原子晶體薄膜材料，石墨烯有著優(yōu)異的機(jī)械性能、超高的熱導(dǎo)率和載流子迀移率、超寬帶的光學(xué)響應(yīng)譜及極強(qiáng)的非線性光學(xué)特性，使其在新型光學(xué)和光電器件領(lǐng)域具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。一系列基于石墨烯的新型光電器件先后被研制出，已顯示出優(yōu)異的性能和良好的應(yīng)用前景。此外，近期石墨烯表面等離子體激元的發(fā)現(xiàn)及太赫茲器件的研究進(jìn)一步促進(jìn)了石墨烯基光電器件的蓬勃發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明將設(shè)計(jì)一種對稱結(jié)構(gòu)雙脊型石墨烯波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)，包括S12基底，Si波導(dǎo)，石墨烯層及其五方氮化硼夾層以及電極，其特征在于，建立雙脊型的對稱S12基底，以Si為波導(dǎo)材料的雙脊型波導(dǎo)中間插入三層石墨烯層，兩層石墨烯層之間填充以五方氮化硼為材料的夾層，電極固定在S12基底上，通電后，隨著入射光注入，由于雙脊型波導(dǎo)的對稱結(jié)構(gòu)，不需要對波導(dǎo)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整就可以使光場集中在石墨烯層上，避免了偏移的發(fā)生，從而提高工作效率。該雙脊型石墨烯波導(dǎo)的兩波導(dǎo)基底、石墨烯層及夾層結(jié)構(gòu)對稱，正負(fù)電極的結(jié)構(gòu)也對稱，整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單，對生產(chǎn)工藝要求較低，有利于該石墨烯波導(dǎo)的量產(chǎn)和應(yīng)用。
[0005]本發(fā)明雙脊型石墨烯波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)見附圖1。裝置的參數(shù)已標(biāo)示在圖中。該系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下:。
[0006]圖1為雙脊型石墨烯波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)。整個(gè)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)搭建在S12基底I上，上下兩層S12基底I完全對稱，寬度為1600nm，厚度為500nm;兩層Si02基底I之間的Si波導(dǎo)層2使上下兩層S12基底I左右、上下皆為對稱結(jié)構(gòu)，Si波導(dǎo)層寬度為400nm，厚度為340nm;電極3固定在S12波導(dǎo)基底兩端，每個(gè)電極3都同時(shí)接觸波導(dǎo)的上下兩個(gè)基底，與Si波導(dǎo)距離為500nm;三層石墨烯層4插入在Si波導(dǎo)2中央，石墨烯層厚度皆為0.7nm，五方氮化硼夾層5位于每兩層石墨烯層4之間，厚度為4.3nm;上下兩層石墨烯層4裸露于波導(dǎo)結(jié)構(gòu)外部的部分通過覆蓋的方式貼合Si波導(dǎo)2表面，連接在同一電極上，中間一層石墨烯層4通過置空的方式連接于另一電極3上；
[0007]本發(fā)明的特色:(1)在仿真研究的基礎(chǔ)上，改變以往單脊型石墨烯波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了對稱結(jié)構(gòu)雙脊型S12基底，使單模式光入射后集中于Si波導(dǎo)層中央的石墨烯層上。(2)該雙脊型石墨烯波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為對稱結(jié)構(gòu)，減少模式偏移帶來的影響，降低了后續(xù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)試的難度，同時(shí)有利于整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)作更穩(wěn)定。(3)該對稱結(jié)構(gòu)雙脊型石墨烯波導(dǎo)的兩波導(dǎo)基底、石墨烯層及夾層結(jié)構(gòu)對稱，正負(fù)電極的結(jié)構(gòu)也對稱，整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單，對生產(chǎn)工藝要求較低，有利于該石墨烯波導(dǎo)的量產(chǎn)和應(yīng)用。
[0008]本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn):(I)設(shè)計(jì)了對稱結(jié)構(gòu)雙脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，有利于入射光場集中于Si波導(dǎo)層中央的石墨烯層上；(2)設(shè)計(jì)了對稱的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單，對生產(chǎn)工藝要求較低，有利于后續(xù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)試以及該石墨烯波導(dǎo)的量產(chǎn)和應(yīng)用。
[0009]本發(fā)明的應(yīng)用價(jià)值:為制作性能更加優(yōu)良的波導(dǎo)，特別是對制作雙脊型石墨烯波導(dǎo)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ);這對制作性能優(yōu)良的光波導(dǎo)器件，如M-Z波導(dǎo)、波導(dǎo)型光開關(guān)、AWG、光波導(dǎo)激光器和放大器有著重要的意義。
【附圖說明】
[0010]圖1雙脊型石墨烯波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，I為S12基底，2為Si波導(dǎo)，3為電極，4為石墨烯層，5為五方氮化硼夾層。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.對稱結(jié)構(gòu)雙脊型石墨烯波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括S12基底，Si波導(dǎo)層，石墨烯層及其夾層以及電極，其特征在于，建立雙脊型的對稱波導(dǎo)基底，在Si為波導(dǎo)材料的雙脊型波導(dǎo)層中間插入三層石墨烯層，每兩層石墨烯層之間填充以五方氮化硼為材料的夾層，電極固定在S12基底上，通電后，隨著入射光注入，由于雙脊型波導(dǎo)的對稱結(jié)構(gòu)，不需要調(diào)整波導(dǎo)結(jié)構(gòu)就可以使光場集中在石墨烯層上，避免了偏移的發(fā)生，從而提高工作效率。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對稱結(jié)構(gòu)雙脊型石墨烯波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其特征在于，所述三層石墨烯層4插入在Si波導(dǎo)中央，夾層五方氮化硼5位于每兩層石墨烯層4之間。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對稱結(jié)構(gòu)雙脊型石墨烯波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其特征在于，所述上下兩層石墨烯層4裸露于波導(dǎo)結(jié)構(gòu)外部的部分通過覆蓋的方式貼合波導(dǎo)以及波導(dǎo)基底表面，連接在同一電極3上。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對稱結(jié)構(gòu)雙脊型石墨烯波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其特征在于，所述中間一層石墨烯層4通過置空的方式連接于另一電極3上。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對稱結(jié)構(gòu)雙脊型石墨烯波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其特征在于，所述三層石墨烯層皆為單層結(jié)構(gòu)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對稱結(jié)構(gòu)雙脊型石墨烯波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其特征在于，所述電極3固定在S12波導(dǎo)基底I兩端，每個(gè)電極3都同時(shí)接觸波導(dǎo)的上下兩個(gè)基底I。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對稱結(jié)構(gòu)雙脊型石墨烯波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其特征在于，所述上下兩S12基底結(jié)構(gòu)參數(shù)相同，每層石墨烯層結(jié)構(gòu)參數(shù)相同，每層五方氮化硼夾層結(jié)構(gòu)參數(shù)相同。
【文檔編號】G02B6/122GK105866884SQ201610367039
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月27日
【發(fā)明人】張曉霞, 齊洋
【申請人】電子科技大學(xué)