一种全光纤电光器件及其构建方法转让专利
申请号 : CN202011167667.2
文献号 : CN112415790B
文献日 : 2021-11-12
发明人 : 徐飞 , 王好尚 , 熊毅丰 , 陆延青 , 胡伟
申请人 : 南京大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种全光纤电光器件,其特征在于:包括光纤、透明导电薄膜层、透明绝缘薄膜层、电极、具有光电特性的薄膜材料层,光纤的侧壁和一端面从内至外依次设有透明导电薄膜层、透明绝缘薄膜层和电极,侧壁的透明导电薄膜层与端面的透明导电薄膜层相连,侧壁的透明绝缘薄膜层与端面的透明绝缘薄膜层相连,薄膜材料层设于端面的透明绝缘薄膜层上方;电极包括一对侧壁金属电极和一对端面金属电极,侧壁金属电极和端面金属电极相连,一对端面金属电极设于薄膜材料层的两侧并与其相连;设于光纤侧壁的透明导电薄膜层、透明绝缘薄膜层、金属电极的长度依次递减。
2.根据权利要求1所述的全光纤电光器件,其特征在于:所述薄膜材料层位于光纤端面的中心位置,侧壁金属电极相对于光纤的轴线对称分布,端面金属电极相对于光纤的轴线对称分布。
3.根据权利要求1所述的全光纤电光器件,其特征在于:光纤为光波导,透明导电薄膜层的材料为ITO或IWO,透明绝缘薄膜为SiO2、Si3N4、Al2O3或派瑞林,薄膜材料层的材料为二维材料、量子点、铁电薄膜或压电薄膜。
4.根据权利要求1所述的全光纤电光器件,其特征在于:所述透明导电薄膜层的厚度为
0.1~0.5μm,所述透明绝缘薄膜的厚度为0.05~0.2μm,电极的厚度为0.03~0.05μm。
5.根据权利要求1所述的全光纤电光器件,其特征在于:薄膜材料层的厚度为0.3~
10nm。
6.一种全光纤电光器件的构建方法,其特征在于包括如下步骤:(1)光纤的预处理;
(2)在光纤的一端面和侧壁沉积透明导电薄膜,使侧壁和端面的透明导电薄膜相连,形成透明导电薄膜层;光纤的另一端面用于接入光路;
(3)在透明导电薄膜层表面沉积透明绝缘薄膜,使侧壁和端面的透明绝缘薄膜相连,形成透明绝缘薄膜层,且侧壁的透明绝缘薄膜层长度小于透明导电薄膜层;
(4)在透明绝缘薄膜层表面沉积金属薄膜,使侧壁和端面的金属薄膜相连,形成金属薄膜层,且侧壁的金属薄膜层长度小于透明绝缘薄膜层;
(5)对金属薄膜层进行沟道加工,在透明绝缘薄膜上形成端面沟道和侧壁沟道,形成一对侧壁金属电极和一对端面金属电极;
(6)将具有光电特性的薄膜材料转移至端面沟道中,使薄膜材料置于端面的透明绝缘薄膜上方、端面金属电极之间,并与两侧端面金属电极相连。
7.根据权利要求6所述的全光纤电光器件的构建方法,其特征在于:光纤的预处理包括去除涂覆层、光纤切割、端面研磨、湿法清洗。
8.根据权利要求6所述的全光纤电光器件的构建方法,其特征在于:沉积工艺为磁控溅射镀膜、电子束蒸发镀膜、电镀或化学气相沉积。
9.根据权利要求6所述的全光纤电光器件的构建方法,其特征在于:光电材料的转移方法为干化转移或湿法转移。
说明书 :
一种全光纤电光器件及其构建方法
技术领域
背景技术
分的材料之一,已在多个领域发挥着重要的功能,例如信号传输,各类探测器,激光器等。全
光纤光电器件可直接与当前的现代通信网络兼容,光纤天然的导光特性可替代常规平面半
导体光电器件所需的耦光系统及其他复杂的波导微结构,从而简化器件的制备难度并降低
器件的成本。同时由于光纤的微型化结构及环境耐受性,使其可以应用于传统的基于块状
硅基材料的电光器件所不能应用的场景。
作系统复杂且成本高昂。
发明内容
之二是提供一种全光纤电光器件的构建方法。
电薄膜层、透明绝缘薄膜层和电极,侧壁的透明导电薄膜层与端面的透明导电薄膜层相连,
侧壁的透明绝缘薄膜层与端面的透明绝缘薄膜层相连,薄膜材料层设于端面的透明绝缘薄
膜层上方;电极包括一对侧壁金属电极和一对端面金属电极,侧壁金属电极和端面金属电
极相连,一对端面金属电极设于薄膜材料层的两侧并与其相连,设于光纤侧壁的透明导电
薄膜层、透明绝缘薄膜层、金属电极的长度依次递减。
引出电极;侧壁金属电极的下方也留有一定长度的透明绝缘薄膜层,以防止侧壁金属电极
和透明导电薄膜在侧壁连通。
于石墨烯、过渡金属硫族化合物、黑磷等二维材料,以及压电、铁电等功能性薄膜材料。上述
全光纤电光器件基于光纤端面三电极结构的平台,通过集成不同类型的光电材料,可实现
对于光、电、磁等物理信号的调制和探测,以及化学微粒、生物分子等物质的检测和光电操
控。全光纤电光器件与光互联网络的高集成度,可节约常规光电器件所需额外添加的耦光
系统的成本;此外,由于光纤的微型化结构和环境耐受性,还可使其应用于传统平面电光器
件所不能应用的极端场景。
绝缘薄膜用作栅极绝缘层,包括但不限于SiO2、Si3N4、Al2O3、派瑞林等材料,厚度为0.05~
0.2微米;所述导电薄膜用作顶层的源极和漏极,包括但不限于金、银或铜等金属材料,厚度
为0.03~0.05微米;具有光电特性的薄膜材料层的材料包括但不限于二维材料、量子点、铁
电薄膜、压电薄膜,如石墨烯;优选地,该薄膜材料层的厚度为0.3~10nm。
缘薄膜上,并通过后期加工分为左右两部分,形成两个电极;具有光电特性的薄膜材料层置
于上述导电薄膜形成的两个电极之间。
壁的透明导电薄膜层的长度;
镀、各类化学气相沉积,也可采用现有技术中其他薄膜沉积工艺;具有光电特性的薄膜材料
层的转移方法包括但不限于湿法转移、干法转移。
号的调制和传感、生物分子的光电检测和动态操控。基于该光纤端面三电极结构的全光纤
光电器件,具有集成度高、成本低、适用领域广泛等优势;在器件制备方面,该全光纤光电器
件的结构简单、工艺成熟易行、可批量加工、制备成本低。
附图说明
具体实施方式
第二可调电源7。光纤1作为结构衬底,透明导电薄膜2镀在光纤1的侧壁和上端面,光纤的下
端面用于接入光路;透明绝缘薄膜3镀于透明导电薄膜2上;金属薄膜4镀于透明绝缘薄膜3
上,且光纤的侧壁沉积的上述三层薄膜(透明导电薄膜2、透明绝缘薄膜3、金属薄膜4)的长
度逐一递减,侧壁透明绝缘薄膜3的下方留有一定长度的透明导电薄膜2用于引出电极,金
属薄膜4的下方也留有一定长度的透明绝缘薄膜3,以防金属薄膜4和透明导电薄膜2在侧壁
连通。
面金属电极位于薄膜材料5的左右两侧并与其相连。并且,薄膜材料5位于光纤端面的中心
位置,保证覆盖纤芯的通光区域;两个侧壁金属电极相对于光纤的轴线对称分布,两个端面
金属电极相对于光纤的轴线对称分布。
0.2um;透明绝缘薄膜3由透明介电材料制备而成,本实施例采用派瑞林;金属薄膜4由金属
材料制备而成,本实施例采用金;具有光电特性的薄膜材料5优选为二维材料或其他薄膜材
料,本实施例采用石墨烯,厚度为0.35‑2nm。
两部分,形成一对侧壁金属电极和一对端面金属电极,且侧壁金属电极和端面金属电极相
连;
薄膜3的上方,且位于一对端面金属电极之间,并与两侧的端面金属电极相连,即得到上述
全光纤电光器件。
成的其中一个侧壁电极相连,用于施加栅极调控电压。将一束光8通至光纤1内,即光纤1的
未镀膜的一端,本实施例中光8的波长为1530‑1625nm。光8传播至光纤1端面后可近似无损
耗得通过透明导电薄膜2和透明绝缘薄膜3,再与具有光电特性的薄膜材料5进行相互作用。
可调电源6施加在顶层金属薄膜4分割成的左右两个电极上,用作源漏电压;可调电源7施加
在顶层金属薄膜4的一个电极和底层透明导电薄膜2之间,用作栅极调控电压;具有光电特
性的薄膜材料层5的光电特性可受可调电源6、7施加电压的有效调控。
米能级,改变石墨烯的可饱和吸收特性,最终对透射光的强度进行有效的调制,且如图5所
示,对该器件重复施加相同的栅压,透射光的强度具有良好的重复性。
材料时,可在端面实现微粒或生物分子的光镊操控。因此,根据光电材料种类的不同,本全
光纤电光器件可实现各种光电子学功能。