阅读说明：本技术 一种基于碳纳米管的波导耦合器 (Waveguide coupler based on carbon nano tube ) 是由 不公告发明人 于 2020-06-19 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种基于碳纳米管的波导耦合器,在第一波导层、隔离层、第二波导层之间设置贯穿的孔洞；碳纳米管设置在悬臂梁的头部上,在振源的作用下,碳纳米管振动,碳纳米管能够深入到孔洞内,改变第一波导层和第二波导层的耦合特性。在本发明中,碳纳米管的直径小,能够更多地深入到孔洞中；第一波导层与第二波导层中的光通过碳纳米管连通,碳纳米管形成了光通路。本发明可以通过改变碳纳米管深入孔洞的深度,改变第一波导层与第二波导层之间的耦合,具有耦合特性方便可调的优点,在波导耦合和传感器领域具有良好的应用前景。(The invention provides a waveguide coupler based on a carbon nano tube, wherein through holes are formed among a first waveguide layer, an isolation layer and a second waveguide layer; the carbon nano tube is arranged on the head of the cantilever beam, and under the action of the vibration source, the carbon nano tube vibrates, and can penetrate into the hole to change the coupling characteristic of the first waveguide layer and the second waveguide layer. In the invention, the diameter of the carbon nano tube is small, and the carbon nano tube can be more deeply inserted into the hole; the light in the first waveguide layer and the second waveguide layer is communicated through the carbon nano tubes, and the carbon nano tubes form an optical path. The invention can change the coupling between the first waveguide layer and the second waveguide layer by changing the depth of the carbon nano tube penetrating into the hole, has the advantage of convenient and adjustable coupling characteristic, and has good application prospect in the field of waveguide coupling and sensors.)

一种基于碳纳米管的波导耦合器

技术领域

本发明涉及波导耦合器领域，具体涉及一种基于碳纳米管的波导耦合器。

背景技术

光在不同波导间的耦合涉及不同能量形式或能量分布的转换，是微纳光学领域重要的器件。波导耦合器不仅可以应用于微纳光学集成器件，而且可以应用于针对不同物理量的传感器。因此，波导耦合器的应用非常广泛。探索基于新原理的光在不同波导的耦合方式，对以上两方面的应用具有重要的推动作用。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供了一种基于碳纳米管的波导耦合器，该耦合器包括衬底、第一波导层、隔离层、第二波导层、孔洞、振源、底座、悬臂梁、头部、碳纳米管；第一波导层置于衬底上，隔离层置于第一波导层上，第二波导层置于隔离层上，在第一波导层、隔离层、第二波导层中设有贯穿的孔洞，底座固定在振源上，悬臂梁的一端固定在底座上，头部设置于悬臂梁的另一端，碳纳米管固定在头部上，碳纳米管设置于孔洞的上方，当悬臂梁振动时，碳纳米管深入孔洞，改变第一波导层与第二波导层之间的耦合特性。

更进一步地，第一波导层和第二波导层的材料为二氧化硅。

更进一步地，衬底和隔离层的材料为硅。

更进一步地，孔洞为锥形，锥形的轴线沿竖直方向。

更进一步地，碳纳米管沿竖直方向。

更进一步地，孔洞的直径大于10纳米、小于20纳米。

更进一步地，碳纳米管伸出头部的长度大于第一波导层、隔离层、第二波导层的厚度之和。

更进一步地，隔离层的厚度大于100纳米、小于200纳米。

更进一步地，第一波导层和第二波导层的厚度均小于60纳米。

更进一步地，孔洞延伸至衬底的内部。

本发明的有益效果：本发明提供了一种基于碳纳米管的波导耦合器，在第一波导层、隔离层、第二波导层之间设置贯穿的孔洞；碳纳米管设置在悬臂梁的头部上，在振源的作用下，碳纳米管振动，碳纳米管能够深入到孔洞内，改变第一波导层和第二波导层的耦合特性。在本发明中，碳纳米管的直径小，能够更多地深入到孔洞中；第一波导层与第二波导层中的光通过碳纳米管连通，碳纳米管形成了光通路。本发明可以通过改变碳纳米管深入孔洞的深度，改变第一波导层与第二波导层之间的耦合，具有耦合特性方便可调的优点，在波导耦合和传感器领域具有良好的应用前景。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是基于碳纳米管的波导耦合器的示意图。

图2是又一种基于碳纳米管的波导耦合器的示意图。

图中：1、衬底；2、第一波导层；3、隔离层；4、第二波导层；5、孔洞；6、基座；7、悬臂梁；8、头部；9、碳纳米管。

具体实施方式

为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。

实施例1

本发明提供了一种基于碳纳米管的波导耦合器，如图1所示，该波导耦合器包括衬底1、第一波导层2、隔离层3、第二波导层4、孔洞5、振源、底座6、悬臂梁7、头部8、碳纳米管9。第一波导层2置于衬底1上。隔离层3置于第一波导层2上。第二波导层4置于隔离层3上。第一波导层2和第二波导层4的材料为二氧化硅。衬底1和隔离层3的材料为硅。在第一波导层2、隔离层3、第二波导层4中设有贯穿的孔洞5。底座6固定在振源上。通过振源施加调制信号，用以控制第一波导层2与第二波导层4之间的耦合。悬臂梁7的一端固定在底座6上，头部8设置于悬臂梁7的另一端。悬臂梁7的材料为硅，头部8的材料也为硅。碳纳米管9固定在头部8上。碳纳米管9设置于孔洞5的上方。当悬臂梁7振动时，碳纳米管9深入孔洞5，改变第一波导层2与第二波导层4之间的耦合特性。

使用时，光可以从第一波导层2耦合进入第二波导层4，也可以从第二波导层4耦合进入第一波导层2。当光从第一波导层2耦合进入第二波导层4时，光首先被限制在第一波导层2内传播。此时，在振源上施加控制信号，用以控制第一波导层2与第二波导层4之间的耦合。振源带动底座6振动，底座6带动悬臂梁7振动，头部8随悬臂梁7一起振动，头部8带动碳纳米管9一起振动。碳纳米管9深入到孔洞5中，连通第一波导层2和第二波导层4，光从第一波导层2通过碳纳米管9耦合进入第二波导层4，通过在振源上施加不同的信号，改变第一波导层2与第二波导层4之间的耦合特性。

在本发明中，碳纳米管9的直径小，能够更多地深入到孔洞5中；第一波导层2与第二波导层4中的光通过碳纳米管9连通，碳纳米管9形成了光通路。本发明还可以通过改变碳纳米管9深入孔洞的深度，改变第一波导层2与第二波导层4之间的耦合，具有耦合特性方便可调的优点，在波导耦合和传感器领域具有良好的应用前景。

实施例2

在实施例1的基础上，孔洞5为锥形，锥形的轴线沿竖直方向，碳纳米管9沿竖直方向。这样一来，碳纳米管9不易于孔洞5的侧壁接触，防止了碳纳米管9的磨损和形变，以防对结果产生影响。

更进一步地，孔洞5的直径大于10纳米、小于20纳米，以便于减小碳纳米管9与第一波导层2之间的距离、减小碳纳米管9与第二波导层4之间的距离，提高碳纳米管9与第一波导层2或第二波导层4之间的耦合。

更进一步地，隔离层3的厚度大于100纳米、小于200纳米，以便于隔离开第一波导层2中的光与第二波导层4中的光。但是，隔离层3也不能太厚。如果隔离层3太厚，就需要碳纳米管9更多地深入到孔洞5中，当碳纳米管9更多地深入到孔洞5中时，碳纳米管9与孔洞5侧壁的接触可能性就增加，容易磨损碳纳米管9或使得碳纳米管9形变。所以隔离层3既不能太薄，又不能太厚。

更进一步地，第一波导层2和第二波导层4的厚度均小于60纳米，以便于在第一波导层和第二波导层4中传播基膜。

实施例3

在实施例2的基础上，如图2所示，孔洞5延伸至衬底1的内部。碳纳米管9伸出头部的长度大于第一波导层2、隔离层3、第二波导层4的厚度之和。这样一来，可以保证当碳纳米管9贯穿第一波导层2时，不会与衬底1接触，以免由于碳纳米管9与衬底1接触后，碳纳米管9发生形变。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。