[发明专利]一种基于模式可选择调制的聚合物波导光开关及其制备方法

说明书

一种基于模式可选择调制的聚合物波导光开关及其制备方法，属于集成光电子器件领域。由衬底、聚合物下包层、矩形结构的光波导芯层、聚合物上包层和石墨烯电容器组成，或由衬底、聚合物下包层、矩形结构的光波导芯层、台阶结构的聚合物上包层、光波导芯层中心位置制备的第一石墨烯电容器、聚合物上包层中在第一石墨烯电容器的正上方位置制备的第三石墨烯电容器、在第一石墨烯电容器的左右两边制备的第二石墨烯电容器和第四石墨烯电容器组成。本发明以石墨烯作为调制电极并将其掩埋在波导内部的不同位置，充分发挥了有机聚合物材料加工工艺简单、灵活的优势。本发明方法与半导体工艺兼容、易于集成、适于大规模生产，因而具有重要的实际应用价值。

技术领域

本发明属于集成光电子器件领域，具体涉及了一种以硅作为衬底、有机聚合物材料作为波导芯层和包层材料、石墨烯作为调制电极的基于模式可选择调制的聚合物波导光开关及其制备方法。

背景技术

近年来，随着大数据、云计算等技术的不断发展和应用，需要处理的数据量持续增加，使得人们对通信容量的需求在飞速增长。然而，目前的单模光纤由于受到光纤非线性效应、光纤融合效应和香农极限等因素的影响，其通信容量已经逼近其理论传输极限而无法继续提升。为了进一步提升光纤通信系统的信息容量，新的技术不断开发出来，而模分复用技术被认为是其中最具前景的技术。模分复用属于空分复用技术，从空间维度的角度出发，利用少模/多模光纤来提升光纤通信系统的信息容量，将在少模光纤中稳定存在的不同模式作为独立信道来传输信息。

在模分复用系统中，模分复用器/解复用器是关键的器件，用于模式的分离和复用，以实现对各个模式进行调制、开关或者衰减的选择调控。在发射端，需要利用模分复用器将基模转换为高阶模后耦合到少模光纤中进行传输，在传输过程中又需要利用模分解复用器将少模光纤中各信道的高阶模式转换基模。在这些过程中，通过使用多个单独的光调制器或者光开关在不同的空间模式上进行选择调控，将不同的数据信道调制到相应的载波，最后再利用模分复用器将每个调制通道多路复用到少模光纤中。相比于传统的空间光路型、光纤型模分复用/解复用器，虽然平面光波导型模分复用/解复用器具有结构紧凑、转换效率高和易于集成等优点，但其仍然存在模间色散、串扰、高插入损耗等问题，并且模分复用系统复杂，需要一系列有源和无源器件的支撑，进而使得系统成本增加、器件尺寸变大。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于模式可选择调制的聚合物波导光开关及其制备方法。本发明实现了通过调控掩埋石墨烯化学势在C+L波导内对少模波导中TE₁₁、TE₂₁和TE₁₂三个模式分别进行独立调制和开关的效果。本发明能极大地有利于扩展聚合物基集成光电子器件的集成程度和应用场景，使信号通道的选择调控更加灵活。

本发明采用硅片作为衬底，以有机聚合物材料作为波导的芯层和包层材料、以石墨烯作为调制电极并将其掩埋在波导内部的不同位置，实现模式的选择调制和开关，充分利用了有机聚合物材料加工工艺简单、灵活的优势。同时，本发明所采用的制备工艺与半导体工艺兼容、易于集成、适于大规模生产，因而具有重要的实际应用价值。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：