[发明专利]一种基于石墨烯的微环高线性度偏振无关电光调制器

说明书

本发明公开了一种基于石墨烯的微环高线性度偏振无关电光调制器，包括模式转换器、非对称定向耦合器、微环波导、相位调制、信号调制、调制耦合结构及集成可调分束器的MZ调制器。一个器件集成了对传输的TE或TM两种模式分别独立进行调制，不同模式进入调制器时选择的调制路径不一样。微环波导结构上集成相位调制结构和信号调制结构，MZ调制器的调制臂集成调制耦合结构。调制耦合结构和微环波导结构保持一定的间隙进行耦合。相位调制结构、调制耦合结构和可调分束器包裹石墨烯层，通过改变石墨烯层的化学势来调控微环辅助MZ调制器的调制进程，从而达到所需要的高线性度要求，并且此调制器偏振无关以及工作波长可调谐，对线性化的集成光电子器件有着重要的应用价值。

技术领域

本发明涉及微波光子学光电子技术领域，具体涉及一种基于石墨烯的微环高线性度偏振无关电光调制器。

背景技术

电光调制器作为光载无线通信(RoF)技术的核心组成部分，其线性度和传播模式偏振性会直接影响系统的信号传输、处理和无杂散动态范围(SFDR)。对于电光调制器，目前较为主流的调制方式为外部调制，但是这会引入非线性效应，在链路中产生非线性失真。微波光子链路中的模式也至关重要，收发机发送端可以保持工作在TE偏振下，但是当光经过光纤传输后，到达发送端的光场偏振状态已经发生了变化，部分光变成了TM光。为了解决这一问题，人们提出了多种片上偏振相关器件。

偏振无关的方法主要是利用模式转换器和非定向耦合器实现模式选择，线性度方法主要是利用微环的超线性来与MZ调制器的余弦非线性特性形成互补达到高线性。对于无损耗模型，通过调控MZM的直流偏置于线性偏置点，再调控微环与MZM调制器的耦合系数为0.928，就可以达到高线性度要求。但是，这些方式实现的功能比较单一，集成度不高，线性度大都针对单一的工作波长，这并不能很好地契合波分复用系统。而且实际上模型的微环损耗并不能忽略，这使得固定的耦合结构不再能满足高线性度要求。所以寻求一种实现集成高线性度、偏振无关等功能的电光调制器方案十分有必要。

发明内容

本发明的目的在于：针对以上现有技术所述的线性度、偏振无关以及调谐功能在单一器件中集成度不高技术问题，本发明提供了一种基于石墨烯的微环高线性度偏振无关电光调制器。该发明提出了一种新的集成思路，包含偏振无关模式调制以及微环耦合调制结构，基于此结构的微环调制器能够微调微环与MZM调制臂的耦合效率，使其达到我们想要的某一特定值，且精度较高，从而达到器件高线性度要求。并且该器件的工作波长可调谐，对于线性化集成器件有重要应用价值。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于石墨烯的微环高线性度偏振无关电光调制器，具体包括2个模式转换耦合结构11、2个微环波导结构5、相位调制结构1、调制结构9、2个信号调制结构2、调制耦合结构3、调制耦合结构10和包含MZ可调分束器4，整个器件安装在二氧化硅基底上。

进一步地，所述微环波导结构包括硅波导微环，微环上部分集成所述信号调制结构和相位调制结构。下部分与平行贴合的MZM调制臂之间固定一定间距。

进一步地，所述信号调制结构、相位调制结构及调制耦合结构内分别包裹石墨烯层，石墨烯层与波导材料被一定厚度的隔离介质隔离，所述石墨烯层分别向远离微环波导结构一侧延伸，且分别与相应的电极相连。

具体地，所述石墨烯是一种蜂窝形的二维六方碳结构材料，是一种新型的材料，石墨烯在外加电压作用下，其化学势及电导率会随之发生改变，从而改变其折射率和吸收率，同时，石墨烯具有零带隙结构，使它可以在非常宽的光波长范围内发挥作用，在传统SOI波导中水平铺设石墨烯层，将偏置电压施加在石墨烯层上，改变石墨烯本身的复折射率，可以改变对入射光的吸收强度达到入射光的相位或振幅调制。

优选地，所述微环波导结构采用条形波导，尺寸为400X220nm，所述波导材料为硅。

优选地，所述基底的材料为二氧化硅。