基于连续域束缚态波导的超低插损电光调制器及方法与流程
本发明涉及电光调制器领域，尤其涉及一种基于连续域束缚态波导的超低插损电光调制器及方法。
背景技术：
1、信息时代的高速发展对片上高集成光芯片提出了更高的要求。电光调制器芯片作为微波光子学中重要的组成单元，需要向着集成化、高速、低损耗、低功耗方向发展。其中电吸收调制器是一种常用的调制器类型，氧化铟锡（indium tin oxide，ito）在1550 nm通信波段有介电常数近零（epsilon near zero，enz）特性，在合适的偏压下对光有极大的吸收，是一种新兴的电吸收调制器材料。但是由于材料本身对光的吸收相对较强，且构成波导时会面临传播过程中模式的泄露，因此器件插入损耗较大，一般在0.01db/μm~1db/μm。面对用于传输量光信息的光芯片应用，还需要进一步降低ito调制器的插入损耗。
2、连续域束缚态（bound states in the continuum，bic）是指一个离散态如果处在向外辐射的连续域中，通过设计系统的结构参数使离散态与连续域完全解耦就可以实现离散态在连续域中完全无损耗的存在。这一概念自提出以后，已经在固体弹性波、声波、水波、光波等多个领域中得到证实，但是鲜有应用到电吸收调制器中。本发明旨在研究bic波导在电吸收调制器中的实际应用。
技术实现思路
1、本发明主要目的在于提供一种超低插入损耗的基于连续域束缚态波导的电吸收调制器及设计方法。
2、本发明所采用的技术方案是：
3、提供一种基于连续域束缚态波导的超低插损电光调制器，从上至下依次包括脊波导、平板波导和基底；其中脊波导的折射率低于平板波导，使得横磁模式tm的离散态处于横电模式te的连续域中；调节脊波导的宽度 w使得横磁模式tm与横电模式te完全解耦，其中 w =2nπ/ ky，n为正整数， ky是垂直波导方向的波矢。
4、接上述技术方案，脊波导从上往下依次包括介质覆盖层、电调吸收层和绝缘层。
5、接上述技术方案，其中介质覆盖层、电调吸收层、绝缘层的宽度相等。
6、接上述技术方案，介质覆盖层的材质为有机玻璃，电调吸收层的材质为氧化铟锡，绝缘层的材质为二氧化铪。
7、接上述技术方案，平板波导的材质为硅。
8、接上述技术方案，基底的材质为二氧化硅。
9、接上述技术方案，电调吸收层为透明导电层，在外加电压条件下，其浅表层产生载流子聚集区。
10、接上述技术方案，电调吸收层作为阴极，平板波导作为阳极，两者与绝缘层构成微型电容结构，通过外电压对电调吸收层的吸收率进行调控。
11、本发明还提供一种基于连续域束缚态波导的超低插损电光调制方法，包括以下步骤：
12、设置脊波导的折射率，使得横磁模式tm的离散态处于横电模式te的连续域中；
13、利用仿真软件通过模式分析得到不同宽度脊波导的有效折射率neff，并计算不同宽度的脊波导的插入损耗 il：，其中 λ是光波长；
14、描绘插入损耗的曲线图；
15、根据插入损耗的曲线，找到最小插入损耗所对应的脊波导的宽度；
16、根据最小插入损耗所对应的脊波导的宽度和折射率制作超低插损电光调制器。
17、接上述技术方案，通过外加电压调节脊波导中电调吸收层的介电常数，使其产生近零效应，将电磁场局域在电调吸收层中并被电调吸收层最大吸收。
18、本发明产生的有益效果是：本发明通过设置电光调制器中脊波导的折射率低于基底平板波导，使得横磁模式tm的离散态处于横电模式te的连续域，并通过对脊波导的宽度进行优化，使得横磁模式tm与横电模式te完全解耦，从而实现低损耗的bic波导，使光无限接近无损耗的传播，大幅度地降低调制器件的插入损耗。
19、进一步地，借助调节电调吸收层材料的介电常数接近于零，保证电光调制器件具有足够大的调制消光比，从而获得较高性能的电调吸收器件。
20、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
技术特征：
1.一种基于连续域束缚态波导的超低插损电光调制器，其特征在于，从上至下依次包括脊波导、平板波导和基底；其中脊波导的折射率低于平板波导，使得横磁模式tm的离散态处于横电模式te的连续域中；调节脊波导的宽度w使得横磁模式tm与横电模式te完全解耦，其中w = 2nπ/ky，n为正整数，ky是垂直波导方向的波矢。
2.根据权利要求1所述的基于连续域束缚态波导的超低插损电光调制器，其特征在于，脊波导从上往下依次包括介质覆盖层、电调吸收层和绝缘层。
3.根据权利要求1所述的基于连续域束缚态波导的超低插损电光调制器，其特征在于，其中介质覆盖层、电调吸收层、绝缘层的宽度相等。
4.根据权利要求2所述的基于连续域束缚态波导的超低插损电光调制器，其特征在于，介质覆盖层的材质为有机玻璃，电调吸收层的材质为氧化铟锡，绝缘层的材质为二氧化铪。
5.根据权利要求1所述的基于连续域束缚态波导的超低插损电光调制器，其特征在于，平板波导的材质为硅。
6.根据权利要求1所述的基于连续域束缚态波导的超低插损电光调制器，其特征在于，基底的材质为二氧化硅。
7.根据权利要求2所述的基于连续域束缚态波导的超低插损电光调制器，其特征在于，电调吸收层为透明导电层，在外加电压条件下，其浅表层产生载流子聚集区。
8.根据权利要求2所述的基于连续域束缚态波导的超低插损电光调制器，其特征在于，电调吸收层作为阴极，平板波导作为阳极，两者与绝缘层构成微型电容结构，通过外电压对电调吸收层的吸收率进行调控。
9.一种基于连续域束缚态波导的超低插损电光调制方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的基于连续域束缚态波导的超低插损电光调制方法，其特征在于，通过外加电压调节脊波导中电调吸收层的介电常数，使其产生近零效应，将电磁场局域在电调吸收层中并被电调吸收层最大吸收。
技术总结
本发明公开了一种基于连续域束缚态波导的超低插损电光调制器及方法，其中电光调制器从上至下依次包括脊波导、平板波导和基底；其中脊波导的折射率低于平板波导，使得横磁模式TM的离散态处于横电模式TE的连续域中；调节脊波导的宽度w使得横磁模式TM与横电模式TE完全解耦，其中w=2nπ/k<subgt;y</subgt;，n为正整数，k<subgt;y</subgt;是垂直波导方向的波矢。本发明可实现低损耗的BIC波导，使光无限接近无损耗的传播，大幅度地降低调制器件的插入损耗。
技术研发人员：郭全兵,何剑涛,徐红星
受保护的技术使用者：武汉量子技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5