[发明专利]一种光子晶体微腔-石墨烯电光调制器

权利要求书

1.一种光子晶体微腔-石墨烯电光调制器，其特征在于包括带有狭缝波导缺陷(1)的硅基光子晶体微腔上半部分(10)与下半部分(11)、石墨烯层(2)、重掺杂硅平板(3)、中间绝缘层(6)、线缺陷通道波导(7)、纳米线硅波导(8)、模式转换波导(9)、沟槽(12)以及两个金属电极层(4、5)。

2.根据权利要求1所述光子晶体微腔-石墨烯电光调制器，其特征在于：由所述硅基光子晶体微腔上半部分(10)与下半部分(11)构成的硅基光子晶体微腔(10、11)上依次覆盖中间绝缘层(6)和石墨烯层(2)，构成平行板电容器，平行板电容器下极板为硅基光子晶体微腔，平行板电容器上极板为石墨烯层。

3.根据权利要求1所述光子晶体微腔-石墨烯电光调制器，其特征在于：所述硅基光子晶体微腔被狭缝波导缺陷(1)分为相互隔离的上半部分(10)和下半部分(11)，并与线缺陷通道波导(7)通过侧面耦合实现所述调制器光信号的输入和输出。

4.根据权利要求1所述光子晶体微腔-石墨烯电光调制器，其特征在于：所述硅基光子晶体微腔上半部分(10)为部分被重掺杂的硅平板(3)，并在边缘掺杂区域设有第一电极层(4)。

5.根据权利要求1所述光子晶体微腔-石墨烯电光调制器，其特征在于：所述石墨烯层(2)被选择性刻蚀，大部分区域位于硅基光子晶体微腔下半部分(11)外侧的上方，并设有第二电极层(5)；所述石墨烯层在所述硅基光子晶体微腔上具有的宽度与所述硅基光子晶体微腔沿波导方向宽度相同；所述石墨烯层通过位于所述光子晶体微腔下半部分外侧的上方区域经过所述硅基光子晶体微腔下半部分(11)延伸至所述狭缝波导缺陷(1)的另一侧，但长度仅保证与所述硅基光子晶体微腔共振模式完全重合为止。

6.根据权利要求1所述光子晶体微腔-石墨烯电光调制器，其特征在于：所述光子晶体微腔-石墨烯电光调制器与硅纳米线波导(8)相连接，所述硅纳米线波导延伸至芯片边缘；所述硅纳米线波导在硅芯片边缘部分上覆盖有模式转换波导(9)。

7.根据权利要求1所述光子晶体微腔-石墨烯电光调制器，所述硅基光子晶体微腔(10、11)制备在SOI(氧化物上的硅)芯片上，通过电子束曝光或高精度紫外曝光、等离子体刻蚀、氢氟酸腐蚀实现，微腔中狭缝波导缺陷(1)中间区域两侧空气孔向外平移形成缺陷；所述狭缝波导缺陷(1)与线缺陷通道波导(7)之间被三层空气孔隔离。

8.根据权利要求1所述光子晶体微腔-石墨烯电光调制器，所述重掺杂硅平板(3)通过选择性光刻和高能离子注入过程实现，所述硅基光子晶体微腔上半部分(10)除所述狭缝波导缺陷(1)外两排空气孔区域均被重掺杂。

9.根据权利要求1所述光子晶体微腔-石墨烯电光调制器，所述硅基光子晶体微腔上半部分(10)及外侧硅平板与整个硅芯片之间具有一定宽度的沟槽(12)。

10.根据权利要求1所述光子晶体微腔-石墨烯电光调制器，所述中间绝缘层(6)为利用原子层蒸镀的氧化物，如：氧化铪、氧化铝、二氧化硅。

11.根据权利要求1所述光子晶体微腔-石墨烯电光调制器，所述石墨烯层(2)为外延生长或化学气相沉积形成。所述石墨烯层(2)通过依附在一层聚合物薄膜上整片地转移至硅光子芯片上，转移后通过选择性的氧等离子体刻蚀形成所述光子晶体微腔-石墨烯电光调制器所需要的石墨烯结构。

12.根据权利要求1所述光子晶体微腔-石墨烯电光调制器，所述第一电极层(4)和所述第二电极层(5)为金属材料，包括铬、钛、铝或金，由磁控溅射方法或电子束蒸发或热蒸发方式形成，厚度为10～300纳米。两个金属电极层可以是同一种材料，也可以为不同的材料。

13.根据权利要求1所述光子晶体微腔-石墨烯电光调制器，在所述第一电极层(4)和所述第二电极层(5)上施加电压，可以为所述平行板电容器充电和放电，从而改变所述石墨烯层(2)上的载流子浓度，实现石墨烯层上电介质常数的实部和虚部的电调制；进一步，借助电调制的所述石墨烯层与硅基光子晶体微腔的共振模式相耦合，所述硅基光子晶体微腔共振模式的光谱位置和光谱宽度以及光谱高度同时发生变化，可以实现硅基光子晶体微腔共振信号的高性能电调制。