[发明专利]基于相变材料硫化锑的C波段硅波导微环调制器及调制方法

说明书

本发明公开了一种基于相变材料硫化锑的C波段硅波导微环调制器，所述调制器包括微环结构，直波导结构和超材料结构，所述微环结构为环形波导，所述直波导结构位于所述微环结构外侧，所述超材料结构由相变材料硫化锑制备，位于所述微环结构上方，并与所述微环结构构成发挥调制作用的复合区，通过调整所述超材料结构的物理状态，激发硫化锑材料的相变，从而改变输入光在波导中的传输状态，实现信号的调制。本发明具有折射率调节范围更大，结构更紧凑的优点，同时仅需在调制状态切换时提供能量，极大地降低了系统的能耗，可应用于高速、低功耗的硅基光电子器件大规模集成，如超高速共封装光学等。

技术领域

本发明涉及光通信技术技术领域，特别涉及一种基于相变材料硫化锑的C波段硅波导微环调制器。

背景技术

在当今信息时代，越来越复杂的数据流需要持续开发较小，更快，更有效的信息处理系统。在过去的几十年中，长距离通信已从基于电子设备的系统转变为基于光学的系统，以满足这些要求。当前，光学技术正在较短的距离（如数据中心）实现。为了在较短的距离上实现光学信息处理，正在进行的研究以开发和实施用于片内和片间的光源、调制器和探测器为主。其中，硅光子学已成为互联和通信的有前途的材料平台，这主要是继承于微电子行业的现有基础架构和已有技术。但在当前技术下，硅光子器件要实现高性能的器件和大规模集成仍然存在较大挑战，其中一个重要的原因是目前硅光子器件，特别是调制器的尺寸较大，难以实现大规模集成。

迄今为止，电光硅基调制器主要依靠载流子色散效应，其折射率的调节范围有限，导致调制器通常需要毫米量级的长度，进而限制了器件集成的规模；同时，传统硅基电光调制器和热光调制器若需要保持被调制的目标状态，需要持续被施加的外部电、热作用，能耗通常能达到毫瓦量级，也会限制器件集成的规模。

针对上述问题，本发明通过利用相变材料硫化锑和微环组成复合材料结构，并与硅基直波导进行集成，设计了一种基于相变材料硫化锑的C波段硅波导微环调制器，与传统硅基电光调制器和热光调制器相比，本发明的折射率调节范围更大，具有结构更紧凑的优点，同时被调制状态的保持无需外界能量的持续注入，极大地降低了系统的能耗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于相变材料硫化锑的C波段硅波导微环调制器，以克服现有技术中的不足。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明公开了一种基于相变材料硫化锑的C波段硅波导微环调制器，所述调制器包括微环结构，直波导结构和超材料结构，所述微环结构为环形波导，所述直波导结构位于所述微环结构外侧，所述超材料结构由相变材料硫化锑制备，位于所述微环结构上方，并与所述微环结构构成发挥调制作用的复合区，通过调整所述超材料结构的物理状态，激发硫化锑材料的相变，从而改变输入光在波导中的传输状态，实现信号的调制。

作为优选的，所述微环结构为由硅材料构成的脊形环形波导，所述直波导结构为由硅材料构成的脊形直波导。

作为优选的，所述微环结构、直波导结构和超材料结构均由二氧化硅包裹，形成保护结构。

作为优选的，所述超材料结构内径与外径和所述微环结构的内径与外径保持一致，所述超材料结构底面与所述微环结构顶部直接接触，共同构成可重构模式折射率的复合材料区域，用于对所述直波导结构输入区的输入光进行强度调制。

作为优选的，所述微环结构和所述直波导结构的高度保持一致。

作为优选的，所述微环结构和所述直波导结构以标准 SOI 平台制备。

本发明还公开了上述调制器的调制方法，包括将不同相态折射率的硫化锑制备为超材料结构加入至微环结构上方，将输入光脉冲由直波导结构的输入端输入，使得输入光脉冲在微环结构和超材料结构构成的复合区中受到调制，调制后的光信号具有1或0两种状态，并从直波导结构的输出端进行输出。