[实用新型]一种双谐振腔结构的石墨烯光电探测器

说明书

技术领域

本实用新型涉及集成光学器件技术领域，尤其指一种双谐振腔结构的石墨烯光电探测器。

背景技术

石墨烯是目前已知最薄的一种材料(只有单个碳原子层厚)，并且具备极高的载流子迁移率、非常好的低维稳定性以及电子浓度的电场可调制性，其被认为是极具潜力的电子/光电子材料，因而在多个领域都被广泛应用。

当前超高速光纤通信发展迅猛，故同时也需要超高速和高灵敏度的光电探测器才能够满足其对发展的需求。石墨烯光电探测器具有极高的载流子迁移率，它在高速光通信领域中具有巨大的发展潜力。然而，相比于传统的三五族探测器而言，石墨烯器件的探测率较低，主要原因有：（1）光吸收效率低，单层石墨烯对光只有2.3%的吸收率；（2）光生载流子复合速度过快，不能有效地分离，只有很小的一个区域会对光生载流子的分离做出贡献，使得光生载流子的提取比较困难，这样会导致输出的电信号很微弱，微弱的电信号可能会埋没在噪声中而无法被探测到。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，提供一种双谐振腔结构的石墨烯光电探测器，其具备高量子效率、高响应速度以及超窄响应线宽的特性。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种双谐振腔结构的石墨烯光电探测器，包括顶部谐振腔以及底部谐振腔，所述顶部谐振腔位于底部谐振腔的上部，所述顶部谐振腔包括由上往下依次设置的第一分布布拉格反射镜、二氧化硅腔、第二分布布拉格反射镜，所述底部谐振腔包括由上往下依次设置的顶部谐振腔、空气腔、第三分布布拉格反射镜以及衬底，所述空气腔内设有一吸收层，所述吸收层为单层石墨烯，所述顶部谐振腔可对光信号进行滤波并为底部谐振腔提供顶部反射镜功能，入射光通过所述第一分布布拉格反射镜进入顶部谐振腔，经过滤波以及数次反射后进入所述底部谐振腔内并被吸收层吸收。

优选地，所述二氧化硅腔以及空气腔的光学厚度均为一个物理波长。

更优选地，所述吸收层的光学厚度小于一个驻波周期，所述吸收层设于驻波的波腹处。

更优选地，所述第一分布布拉格反射镜、第二分布布拉格反射镜以及第三分布布拉格反射镜均由高折射率的硅与低折射率的二氧化硅逐层交错堆叠而成，并且单层的硅与二氧化硅的厚度分别为0.113μm和0.255μm 。

更优选地，所述第一分布布拉格反射镜及第二分布布拉格反射镜的光学厚度均为四个驻波周期，所述第三分布布拉格反射镜的光学厚度为七个驻波周期。

本实用新型的有益效果在于：入射光进入该探测器后，通过顶部谐振腔的滤波作用将光信号中的特定波段频率滤除掉，可防止其对探测造成干扰，并且，顶部谐振腔由两个分布布拉格反射镜和一个二氧化硅腔组成，它能提供窄的入射光和合适的反射率，使得该探测器具备探测超窄带线宽的功能；入射光在顶部谐振腔中能发生多次反射从而反复来回地传输信号，为底部谐振腔提供了顶部反射镜的功能，相当于增加了吸收层的长度从而提高了光信号的响应速度；最后光信号在进入吸收层后被石墨烯吸收，石墨烯所具备的极高载流子迁移率进一步提高了光信号的响应速度，进而使整个探测器具备较高的量子效率。

附图说明

图1为本实用新型实施例中的整体结构示意图。

附图标记为：

1a——顶部谐振腔1b——底部谐振腔

2——第一分布布拉格反射镜 3——二氧化硅腔

4——第二分布布拉格反射镜 5——空气腔

6——第三分布布拉格反射镜 7——衬底

8——吸收层。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本实用新型作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本实用新型的限定。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解所述术语的具体含义。