[发明专利]一种基于多级黑磷吸收单元的可调光衰减器

说明书

本发明公开了一种基于多级黑磷吸收单元的可调光衰减器，涉及光衰减器领域；其包括信号端和多级等距设置在信号端上的黑磷吸收单元，所述信号端包括硅基、设置在硅基上的介质层和设置在信号端中部的条形波导，所述条形波导设置在介质层上方；本发明解决了现有可调光衰减器因吸收单元的调控范围受其饱和特性影响，导致调控范围窄的问题，达到了扩宽调控范围的效果。

技术领域

本发明属于光衰减器领域，具体涉及一种基于多级黑磷吸收单元的可调光衰减器。

背景技术

黑磷是一种与石墨烯类似的二维新型材料，在集成光学领域、信号检测、传感等领域具有很好的应用前景；不同层数的黑磷对不同波段的光具有很强的吸收特性，同时黑磷的吸收特性可以通过外加电压来改变，实现不同程度的光吸收。

在集成光学中，由于硅材料的普遍性和CMOS工艺兼容等特性，制作硅基波导可调谐光衰减器是一个重要的研究方向，如果能将可调谐的硅基波导光衰减器与激光光源，光探测等器件集成在同一衬底上，就可实现光强可调光源，光源信号强度检测，探测器保护等重要功能。利用硅基集成波导，在波导表面铺设黑磷的方式实现衰减可调谐，响应速度快，有很好的可集成性和稳定性；传统的可调谐光衰减多数是利用机械手动的方法实现光衰减调谐，这种调谐机制只能适用于大尺寸的实验平台使用，不便于小型化，集成化以及智能化；传统的基于黑磷的吸收可调衰减器通过调节偏置电压改变衰减程度，由于吸收材料的半导体吸收特性，在偏置电压加到一定程度后，其的吸收强度不会再改变，从而调控范围有限。所以需要一种光衰减器实现多级吸收单元连接，增大调控范围和调控精度。

发明内容

本发明目的在于：本发明提供了一种基于多级黑磷吸收单元的可调光衰减器，解决了现有可调光衰减器因吸收单元的调控范围受其饱和特性影响，导致调控范围窄的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种基于多级黑磷吸收单元的可调光衰减器，包括信号端和多级等距设置在信号端上的黑磷吸收单元，所述信号端包括硅基、设置在硅基上的介质层和设置在信号端中部的条形波导，所述条形波导设置在介质层上方。

优选地，所述黑磷吸收单元包括第一电极、第二电极、第一层黑磷、第二层黑磷和隔离介质，所述第一电极和第二电极分别设置在黑磷吸收单元两端，所述条形波导位于所述第一电极和第二电极之间的中部，所述第一电极底部与条形波导之间铺设有第一层黑磷，第一层黑磷的条形波导上方设置有隔离介质，所述隔离介质上端与第二电极底部之间铺设有第二层黑磷；便于级联多个黑磷吸收单元，扩宽调控范围；

优选地，所述条形波导包括硅。以硅为波导材料，折射率大，光场约束效果更好，同时可以缩小器件尺寸；

优选地，所述介质层包括二氧化硅；

优选地，所述隔离介质包括硅氧化物和硅氮氧化物。加强与黑磷材料结合的稳定性，同时保证黑磷较高的载流子迁移率，提高器件工作的响应速度；

优选地，所述多级黑磷吸收单元由多个门电路开关控制接通黑磷吸收单元的个数；便于接通不同的吸收单元，实现调控衰减范围。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明利用多个黑磷吸收单元串联，通过门电路开关接通不同个数的吸收单元，达到对输出光衰减量可大范围调谐的目的，避免了现有调节偏置电压加至一定程度，吸收材料的吸收强度达到极限带来的调控范围窄的缺点；解决了现有可调光衰减器因吸收单元的调控范围受其饱和特性影响，导致调控范围窄的问题，扩宽了调控范围；

2.本发明采用级联多个黑磷吸收单元，每个吸收单元上调控范围受其吸收材料的限制，多个级联，扩宽衰减调控范围，降低了局限性，是目前有效且可行的唯一方法；通过级联多个吸收单元实现衰减粗调控，控制偏压实现细调控，实现扩宽调控范围的同时提高调控精度；