研究目的
开发一种基于混合石墨烯-硅波导结构的偏振不敏感电吸收调制器（EAM），用于高容量片上光互连，克服传统调制器仅能在单一偏振态下工作的局限性。
研究成果
所提出的基于混合石墨烯-硅的偏振不敏感电吸收调制器具有高调制效率（约1.11 dB/微米）、超宽带宽（超过300纳米）和紧凑尺寸（20微米长度），且插入损耗低（<0.23 dB）并具备优异的偏振不敏感性。该器件展现出在高容量片上光互连应用中的潜力，不过实际应用还需在电学性能提升和实验验证方面进一步改进。
研究不足
该研究基于数值模拟与理论建模，缺乏实验验证。多层沉积与转移工艺的精确控制等制备复杂性可能带来实际挑战。其电学特性（如约6.1 GHz的3 dB调制带宽和约7.8 pJ/比特的能耗）表明相较于最先进调制器仍有改进空间。此外，石墨烯各向异性模型虽更精确，但可能与实际情况仍存在差异。
1：实验设计与方法选择：
本研究采用有限差分时域（FDTD）数值模拟方法和模态分析来设计和优化混合石墨烯-硅波导结构。使用石墨烯的各向异性模型进行精确的理论预测。
2：样本选择与数据来源：
设计基于绝缘体上硅（SOI）平台，具有特定尺寸（例如，宽度W=600 nm，厚度H=300 nm，长度L=20 μm）。材料属性来源于文献，包括通过Kubo公式推导的石墨烯电导率。
3：实验设备与材料清单：
关键材料包括通过化学气相沉积生长的石墨烯层、作为间隔层的六方氮化硼（hBN）、硅纳米线以及金属接触（例如，用于电极的金或类似材料）。提到的设备包括用于制造模拟的电子束光刻和感应耦合等离子体反应离子刻蚀。
4：实验步骤与操作流程：
过程涉及多次沉积和多次转移方法以形成倒U形石墨烯-硅层。步骤包括图案化硅纳米线、转移石墨烯和hBN层以及添加金属接触。进行光学和电学模拟以分析调制效率、带宽等属性。
5：数据分析方法：
使用商业软件（Lumerical FDTD Solutions）进行模态和传输计算的数据分析。基于模拟场分布和材料色散计算调制效率（ME）、调制深度（MD）、插入损耗（IL）和带宽等参数。
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Lumerical FDTD Solutions
FDTD
Lumerical
Used for numerical simulations including modal analysis and finite-difference time-domain calculations to design and analyze the optical properties of the hybrid graphene-silicon waveguide and modulator.
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E-beam lithography
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Inductively coupled plasma reactive ion etching
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Hexagonal boron nitride
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