CN108983446A - 一种光强调制器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于显示应用技术领域，提供了一种光强调制器。本发明提供的光强调制器，包括第一电极、平面光波导、第二电极、入耦合模块以及出耦合模块，平面光波导包括层叠结合的至少一量子点层和至少一介质层，由于量子点层中量子点材料的电致吸收效率比同种材料的体材料要高出一个数量级以上，使得光强调制器的电致吸收效率大幅度提高；同时，利用量子点层和介质层的层叠结构，能够有效提高对波导中折射率分布的调控，从而降低波导对光导模的容忍度，提高光强度的调制效率。
Description
技术领域
本发明属于显示应用技术领域，尤其涉及一种光强调制器。
背景技术
光调制器是利用外加信号调至光波参数(例如光强度、偏振、相位等)的器件，是实现高速、短距离光通信的关键器件，也是重要的集成光学器件。其中，光强调制器用于利用外加信号调至光强。
现有的由外电场控制的波导式光强调制器的工作原理如下：在不施加外电场的情况下，光导处在正常的导模状态，出耦合段将接受恒定的输出；当在波导某一段施加平行于波导截面的外电场时，波导内材料的光学常数会因为外加电场发生变化(电致吸收)，当光学常数的变化比较明显时，波导将不再处在导模状态，出耦合段接收的光强将大大降低。这将实现利用外电压(场)调制光强的效果，外电场相当于光波传输的开关。然而，现有的光强调制器波导内材料的电致吸收效率一般比较低，因此调制器的调制效率一般比较低，难以实现对光强的有效调制。
因此，现有的光强调制器由于波导内材料的电致吸收效率低，因而存在调制效率低，难以实现对光强的有效调制的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光强调制器，旨在解决现有的光强调制器调制效率低，难以实现对光强的有效调制的问题。
本发明的提供了一种光强调制器，包括：
平面光波导、第一电极、第二电极、入耦合模块以及出耦合模块；
所述平面光波导设置在所述第一电极和所述第二电极之间，所述入耦合模块和所述出耦合模块同时设置在设置有所述第一电极的所述平面光波导表面上，且所述入耦合模块和所述出耦合模块是分开设置在所述第一电极的两侧；
其中，所述平面光波导包括层叠结合的至少一量子点层和至少一介质层，且所述量子点层和所述介质层与所述第一电极和所述第二电极之间电场的电场方向不平行。
本发明提供的光强调制器，包括第一电极、平面光波导、第二电极、入耦合模块以及出耦合模块，平面光波导包括至少一量子点层和至少一介质层，由于量子点层中量子点材料的电致吸收效率比同种材料的体材料要高出一个数量级以上，使得光强调制器的电致吸收效率大幅度提高；同时，利用量子点层和介质层的层叠结构，能够有效提高对波导中折射率分布的调控，从而降低波导对光导模的容忍度，提高光强度的调制效率。
附图说明
图1是本发明的实施例提供的光强调制器结构示意图；
图2是本发明的实施例提供的平面光波导的结构示意图及其对应的厚度-折射系数分布图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请参阅图1，本发明实施例提供了一种光强调制器，包括平面光波导1、第一电极2、第二电极3、入耦合模块4以及出耦合模块5。
平面光波导1设置在第一电极2和第二电极3之间，入耦合模块4和出耦合模块5同时设置在设置有第一电极2的平面光波导1表面上，且入耦合模块4和出耦合模块5是分开设置在第一电极2的两侧；其中，平面光波导1包括层叠结合的至少一量子点层和至少一介质层,且量子点层与介质层与第一电极和第二电极之间的电场方向不平行。
在本发明实施例中，平面光波导1设置在第一电极2和第二电极3之间，负责传送特定导模的光波。其中，平面光波导1采用量子点层-介质层的纳米尺度层状结构。平面光波导1包括量子点层结构，由于量子点材料具有比同种材料的体材料大10倍以上的电致吸收响应，因而平面光波导1的电压调制光强的效率可以大幅度得到提高，同时可以利用量子点纳米尺寸的电屏蔽效应实现波导内折射因子的调制；另一方面，由于介质层的嵌入，可以使平面波导平坦化；而同时结合量子点层和介质层，由于量子点层-介质层形成纳米尺度的多层结构，可以实现对平面光波导1中折射率分布的调控。
在本发明实施例中，优选介质层的折射率因子≤1.6，在此优选的范围内，可以使介质层更好的与量子点层相配合，以进一步实现对平面光波导1中折射率分布的调控。
在本发明实施例中，优选量子点层和介质层层叠设置形成平面光波导1，且量子点层与介质层与第一电极2和第二电极3之间电场的电场方向不平行，以实现介质层与量子点层的相配合，实现对平面光波导1中折射率分布的调控。优选地，量子点层与介质层分别与第一电极2和第二电极3之间电场的电场方向垂直，以更加有效地提高介质层与量子点层的配合度。其中，量子点层和介质层叠层数量和叠层方式不受限制，可以是仅包含一层量子点层和一层介质层，也可以是包含多层量子点层和多层介质层；量子点层和介质层可以相互单层交替叠层，也可以相互多层之间交替叠层。例如，可以是以某一量子点层为中心层，然后在该量子点层的上下表面上叠加介质层，然后再在介质层依次叠加量子点层。量子点层与量子点层的厚度可以相同或者不同，介质层与介质层的厚度可以相同或者不同，量子点层与介质层的厚度可以相同或者不同。
其中，为了保证介电屏蔽效应可以实现，同时使得量子点层和介质层多层结构对波导中折射率分布的有效调控，量子点层的厚度优选为0nm-30nm，但不为0，介质层的厚度优选为5nm-20nm。
以单层量子点层和单层介质层叠层为例，如图2所示，以平面光波导1中心处作为对称，随着量子点层与平面光波导1中心处的距离的增大而减小，波导中心量子点层2013厚度较大，远离中心处的其他各量子点层的厚度逐渐降低。其中，由顶部到底部介质层202厚10nm、量子点层2011厚10nm、介质层202厚10nm、量子点层2012厚15nm、介质层202厚10nm、量子点层2013厚30nm、介质层202厚10nm、量子点层2014厚15nm、介质层202厚10nm、量子点层2015厚10nm、介质层202厚10nm的11层结构，这样的结构可以实现如图2所示的在紫外、可见、红外波段内的折射率连续变化(其中，203为各量子点层和介质层202各自对应的折射系数，204为每一层厚度为纳米尺寸下波导中等效折射率分布)，从而降低波导对光导模的容忍度，提高光强度的调制效率。
在本发明实施例中，量子点层的量子点材料具体可以包括II-VI族化合物半导体、III-V族化合物半导体、II-V族化合物半导体、III-VI族化合物半导体、IV-VI族化合物半导体、I-III-VI族化合物半导体、II-IV-VI族化合物半导体、IV族单质中的至少一种，还可以包括在可见光波段折射因子≥2.0的氧化物，但不限于前述材料。更具体地，量子点材料可以是CdSe、CdS、CdTe、ZnO、ZnSe、ZnS、ZnTe、HgS、HgSe、HgTe、CdZnSe中的至少一种；和/或InAs、InP、InN、GaN、InSb、InAsP、InGaAs、GaAs、GaP、GaSb、AlP、AlN、AlAs、AlSb、CdSeTe、ZnCdSe中的至少一种；和/或碳、硅、锗中的至少一种；和/或Ta2O5、Nb2O5、TiO2中的至少一种。
在本发明实施例中，介质层可以是电介质聚合物，以实现对波导的平坦化。
在本发明实施例中，入耦合模块4和出耦合模块5同时设置在设置有第一电极2的平面光波导1表面上，且入耦合模块4和出耦合模块5分开设置在第一电极2的两侧。其中，入耦合模块4将自由空间光波耦合入光波导，光波导负责传送特定导模的光波；出耦合模块5将光波导末端的光波耦合出光波导。
在本发明实施例中，入耦合模块4和出耦合模块5的耦合方式具体不受限制，优选地入耦合模块4的耦合方式可以包括棱镜耦合、光栅耦合中的至少一种，出耦合模块5的耦合方式包括棱镜耦合、光栅耦合中的至少一种。
在本发明实施例中，第一电极2和第二电极3分别设置在平面光波导1的两个相互对应的表面上，分别对应连接电源和地。第一电极2和第二电极3相互配合，负责对一段光波导材料施加外电场以调制光波在光波导中的传输，电场的方向与光波导截面平行。具体地，第一电极2和第二电极3的材料的选用不受限制，可以采用传统的电极材料。
本发明实施例提供的光强调制器，包括第一电极2、平面光波导1、第二电极3、入耦合模块4以及出耦合模块5，平面光波导1包括量子点层和介质层，由于量子点层中量子点材料的电致吸收效率比同种材料的体材料要高出一个数量级以上，使得光强调制器的电致吸收效率大幅度提高；同时，利用量子点层和介质层的层叠结构，能够有效提高对波导中折射率分布的调控，从而降低波导对光导模的容忍度，提高光强度的调制效率。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种光强调制器，包括其特征在于，所述光强调制器包括：
平面光波导、第一电极、第二电极、入耦合模块以及出耦合模块；
所述平面光波导设置在所述第一电极和所述第二电极之间，所述入耦合模块和所述出耦合模块同时设置在设置有所述第一电极的所述平面光波导表面上，且所述入耦合模块和所述出耦合模块是分开设置在所述第一电极的两侧；
其中，所述平面光波导包括层叠结合的至少一量子点层和至少一介质层，且所述量子点层和所述介质层与所述第一电极和所述第二电极之间电场的电场方向不平行。
2.如权利要求1所述的光强调制器，其特征在于，所述介质层的折射率因子≤1.6。
3.如权利要求1或2所述的光强调制器，其特征在于，所述量子点层和所述介质层交替层叠设置形成所述平面光波导，所述量子点层的厚度随着其与所述平面光波导中心处的距离的增大而减小。
4.如权利要求1或2所述的光强调制器，其特征在于，所述量子点层的厚度为0nm-30nm，但不为0。
5.如权利要求1或2所述的光强调制器，其特征在于，所述介质层的厚度为5nm-20nm。
6.如权利要求1或2所述的光强调制器，其特征在于，所述量子点层的量子点材料包括II-VI族化合物半导体、III-V族化合物半导体、II-V族化合物半导体、III-VI族化合物半导体、IV-VI族化合物半导体、I-III-VI族化合物半导体、II-IV-VI族化合物半导体、IV族单质中的至少一种。
7.如权利要求6所述的光强调制器，其特征在于，所述量子点层的量子点材料还包括在可见光波段折射因子≥2.0的氧化物。
8.如权利要求7所述的光强调制器，其特征在于，所述II-VI族化合物半导体包括CdS、CdSe、CdTe、ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdZnS、CdZnSe、CdZnSeS中的至少一种；和/或
所述III-V族化合物半导体包括GaP、GaAs、InP、InAs中的至少一种；和/或
所述IV族单质包括碳、硅、锗中的至少一种；和/或
所述氧化物包括Ta2O5、Nb2O5、TiO2中的至少一种。
9.如权利要求1或2所述的光强调制器，其特征在于，所述介质层为电介质聚合物。
10.如权利要求1或2所述的光强调制器，其特征在于，所述入耦合模块的耦合方式包括棱镜耦合、光栅耦合中的至少一种，所述出耦合模块的耦合方式包括棱镜耦合、光栅耦合中的至少一种。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 516006 TCL science and technology building, No. 17, Huifeng Third Road, Zhongkai high tech Zone, Huizhou City, Guangdong Province Applicant after: TCL Technology Group Co.,Ltd. Address before: 516006 Guangdong province Huizhou Zhongkai hi tech Development Zone No. nineteen District Applicant before: TCL RESEARCH AMERICA Inc. |
|
| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |