基於矽-石墨烯複合結構的高速空間光調製器

《基於矽-石墨烯複合結構的高速空間光調製器》是依託上海交通大學，由邱辭源擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於矽-石墨烯複合結構的高速空間光調製器
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：邱辭源
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

空間光調製器是光信息處理中的關鍵器件，其性能直接影響了未來光信息處理技術的發展。現有的空間光調製器在速度、尺寸等方面還存在各種不足，不能完全滿足未來光信息處理技術的要求。本項目中擬從材料和器件結構入手，在矽器件上引入具有高電子遷移率和高電-光作用效應的新材料石墨烯以增強器件的反應速度和有效電-光作用效應，提出了一種基於矽-石墨烯複合結構的新型空間光調製器。該調製器首先利用衍射耦合方式，實現矽基一維光子晶體諧振腔對自由光束的耦合；其次通過利用電容器結構調節石墨烯的費米能級控制它的電子帶間躍遷，改變石墨烯在通訊波段上的損耗和折射率，進而控制諧振腔的品質因素和諧振波長，實現對空間光束進行調製。前期研究預期該器件的調製速率可以達到80GHz同時調製波形的消光比達到10dB。 由於該器件具有調製速度快、尺寸小、價格低、可大規模集成等特點，可望對光信息處理技術的發展產生一定作用。

結題摘要

空間光調製器是光信息處理中的關鍵器件，其性能直接影響了未來光信息處理技術的發展。現有的空間光調製器在速度、尺寸等方面還存在各種不足，不能完全滿足未來光信息處理技術的要求。為了改進空間光調製器的上述不足，本項目擬利用石墨烯高電子遷移率的優勢實現高速的電光空間光調製器。 本項目首先理論分析研究矽基空間光調製器工作機理，並研究了對應器件結構和石墨烯性能對工作速度的影響，包括電子遷移率、電容器效應等影響，經過分析，速度可以達到45 GHz以上，消光比可以在10 dB以上，成果發表在Optics Letter上。其次為了研究實際石墨烯製備器件的速度，我們轉移石墨烯到集成光電子器件上，研究論證了利用石墨烯高電子遷移率、高熱導率的優勢，可以提升集成器件的速度，成果分別發表在Optics Express和Nature系列期刊Scientific Reports上，同時相關工作以邀請論文形式發表在Photonic research上（通信作者），同時在科技導報上發表了一篇邀請論文。再次為了研究分析石墨烯空間光調製器中關鍵的離子摻雜技術和接觸電阻減小技術，經過器件設計和製備，通過在上海交通大學AEMD平台製備矽基微環調製器進行驗證，實驗速度達到20 GHz以上，可以為基於石墨烯的矽基空間光調製器打下基礎。通過本項目實施，我們研究論證了實現高速的基於石墨烯的矽基空間光調製器的技術路線。由於該器件具有調製速度快、尺寸小、價格低、可大規模集成等特點，可望對光信息處理技術的發展產生一定作用。 本項目在Optics Express, Optics Letters, Photonics Research等期刊上共發表論文12篇，其中一篇論文以邀請論文方式發表在Photonics Research上。在國際會議如Asia Communications and Photonics Conference (ACP) 2017會議上作特邀報告3次，申請中國發明專利4項。項目執行過程中，項目負責人擔任了Journal of Nanomaterials客座編輯，上海市IEEE光子學會副主席，擔任了PIERS 2016的分會副主席。申請人擔任了著名國際會議OECC的技術委員會委員1次。畢業碩士研究生 3人，本科生1人。