基于石墨烯的慢光波導(dǎo)研究.pdf

1、慢光波導(dǎo)是一種能有效減慢光信號(hào)傳播速度而不改變光自身有效信息的新型光波導(dǎo)，由于其光緩存功能，已逐漸成為了光通信中的核心器件之一。近年來，寬帶慢光已由光子晶體慢光波導(dǎo)、金屬等離子體慢光波導(dǎo)等實(shí)現(xiàn)。然而，這些波導(dǎo)普遍存在帶寬小的缺點(diǎn)，繼而容易引發(fā)光信號(hào)在傳輸時(shí)的群速度色散，最終導(dǎo)致信號(hào)傳輸失真。此外，現(xiàn)有的慢光波導(dǎo)的性能動(dòng)態(tài)不可調(diào)。為了解決這些問題，在本研究中我們?cè)O(shè)計(jì)了兩種寬帶、低色散、高品質(zhì)因子（延遲帶寬積）且性能動(dòng)態(tài)可調(diào)的石墨烯寬帶慢光

2、波導(dǎo)。主要研究成果如下:
　　1.通過調(diào)研近十余年來的慢光波導(dǎo)文獻(xiàn)，總結(jié)對(duì)比了不同結(jié)構(gòu)慢光波導(dǎo)的性能后，我們發(fā)現(xiàn)目前的慢光波導(dǎo)帶寬較小且波導(dǎo)性能動(dòng)態(tài)不可調(diào)。為了獲得更優(yōu)越的波導(dǎo)性能，同時(shí)使波導(dǎo)動(dòng)態(tài)可調(diào)，我們將研究重點(diǎn)集中在了石墨烯上，因?yàn)槭┩瑫r(shí)具備高群折射率傳播SPP波和可調(diào)性兩大優(yōu)勢(shì)。我們根據(jù)近期石墨烯波導(dǎo)文獻(xiàn)中提供的色散公式，繪制了單張石墨烯的色散曲線和群折射率圖。分析后發(fā)現(xiàn)，石墨烯上傳播SPP波的群折射率確實(shí)非常高，繼而

3、確認(rèn)了石墨烯上可以傳播慢光，為下一步的工作奠定了基礎(chǔ)。
　　2.論證了石墨烯可傳播慢光后，我們通過在石墨烯上構(gòu)造周期性的空氣孔來得到寬帶慢光，并利用時(shí)域有限差分法來仿真模擬波導(dǎo)性能。首先，我們提出了光柵石墨烯慢光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。在特定的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)參數(shù)下，當(dāng)入射波導(dǎo)的諧振頻率f從87THz至89THz范圍變化時(shí)，波導(dǎo)慢光因子ng維持在(130±4)左右。在此區(qū)間內(nèi)ng可認(rèn)為是一個(gè)不變的常數(shù)值，即在此諧振頻率范圍內(nèi)，波導(dǎo)呈現(xiàn)出寬帶慢光的傳輸性

4、質(zhì)。此外，改變波導(dǎo)中石墨烯的化學(xué)勢(shì)，即可動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)慢光波導(dǎo)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，如其慢光因子ng、諧振頻率f、帶寬w等。
　　3.為了進(jìn)一步簡化波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，同時(shí)保持波導(dǎo)的優(yōu)異慢光性能，我們又設(shè)計(jì)了三角孔石墨烯慢光波導(dǎo)。同樣，在特定的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)參數(shù)下，當(dāng)入射波導(dǎo)諧振頻率f從90.15THz至90.75THz變化時(shí)，ng維持在107±5左右的數(shù)值，同時(shí)具備動(dòng)態(tài)可調(diào)性。為了獲得更大的延遲帶寬積NDBP、慢光因子ng、帶寬w等，我們仿真記錄了每組波導(dǎo)