[发明专利]一种石墨烯马赫-曾德尔强度调制器及其线性化方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯马赫‑曾德尔强度调制器及其线性化方法，包括第一调制臂、第二调制臂、第一正电极、第二正电极、负电极和衬底层，第一调制臂和第二调制臂为石墨烯脊型波导，且两调制臂构成马赫‑曾德尔干涉结构；所述石墨烯脊型波导从上到下依次包括第一脊部、石墨烯层、第二脊部；第一脊部与石墨烯层被第一隔离层隔离，第二脊部与石墨烯层被第二隔离层隔离；所述第一正电极和第二正电极分别位于第一调制臂和第二调制臂石墨烯脊型波导延伸出的石墨烯层上，负电极位于石墨烯脊型波导延伸出的第一隔离层上；输入端入射恒定功率的TE模式的光波，改变调制臂的偏置电压，测量调制器的输出光功率，得到调制器的透射光功率随偏置电压变化的曲线。

技术领域

本发明属于光电子技术领域，具体涉及一种石墨烯马赫-曾德尔强度调制器及其线性化方法。

背景技术

马赫-曾德尔电光调制器作为光纤通信链路的核心器件，在微波光子系统、光信号发射和处理系统中具有举足轻重的作用。利用马赫-曾德尔干涉结构，通过改变调制器调制臂中光场的相位差，从而改变两臂光场的干涉强度，以实现将电信号加载到光信号上的目的。但是，基于铌酸锂晶体的马赫-曾德尔电光调制器具有亚线性的正弦传输曲线，因此当电信号加载到光波上时，会引入非线性失真，严重限制了马赫-曾德尔电光调制器的使用场景与性能。在非线性失真中，影响最严重的是三阶交调失真，因此提高马赫-曾德尔电光调制器线性度的关键问题就是如何抑制三阶交调失真的产生(Jiang,W.,Tan,Q.,Qin,W.,Liang,D.,Li,X.,Ma,H.,et al.(2015).A linearization analog photonic link withhigh third-order intermodulation distortion suppression based on dual-parallel Mach–Zehnder modulator.IEEE Photonics Journal,7(3),1-8)。

石墨烯是由碳原子构成的二维晶体，在室温下具有200000cm²/Vs的超高载流子迁移率，同时在外加偏置电压下，其光导率也会发生变化，从而改变石墨烯波导的折射率和吸收率。内嵌石墨烯波导的折射率变化范围相比于传统硅波导材料提高了2个数量级。这些特有的光电特性使得石墨烯在光电子器件方面具有极其广泛的应用前景。当前基于石墨烯的电光调制器研究主要关注于提高其调制带宽、调制速率和降低器件功耗等特有参数上，其线性度调制特性较差。但在实际应用中，高线性度的石墨烯电光调制器对于高保真信号传输系统具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述的现有技术中基于石墨烯的电光调制器研究主要关注于提高其调制带宽、调制速率和降低器件功耗等特有参数上线性度调制特性较差的问题，提出一种石墨烯马赫-曾德尔强度调制器及其线性化方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种石墨烯马赫-曾德尔强度调制器，包括第一调制臂、第二调制臂、第一正电极、第二正电极、负电极和衬底层，第一调制臂和第二调制臂为石墨烯脊型波导，且两调制臂构成马赫-曾德尔干涉结构；所述石墨烯脊型波导从上到下依次包括第一脊部、石墨烯层、第二脊部；第一脊部与石墨烯层被第一隔离层隔离，第二脊部与石墨烯层被第二隔离层隔离；所述第一正电极和第二正电极分别位于第一调制臂和第二调制臂石墨烯脊型波导延伸出的石墨烯层上，负电极位于石墨烯脊型波导延伸出的第一隔离层上。其工作原理为：当TE模式的光场入射进石墨烯马赫-曾德尔电光调制器之后，经过第一个Y型分支波导，分别进入第一调制臂和第二调制臂。通过第一正电极、第二正电极和负电极分别给上下两臂施加不同的偏置电压。由于石墨烯脊型波导的有效折射率会随着外部偏置电压的变化而改变，在两调制臂上偏置合适的偏置电压时，就能有效抑制三阶交调失真的产生。

优选地，所述石墨烯脊型波导中的石墨烯层与第二隔离层从第二脊部和衬底层的上表面延伸出来，并由石墨烯层与电极相连，第二隔离层一起延伸，主要起到支撑和对石墨烯层的保护作用。