石墨烯光調(diào)制器基礎(chǔ)研究.pdf

1、在光纖通信和芯片間的光互聯(lián)應(yīng)用中,具有高調(diào)制速度、小尺寸和大的光帶寬等優(yōu)點(diǎn)的集成光調(diào)制器是必不可少的。盡管硅基光調(diào)制器在過去幾年被大量地研究,但是硅基光調(diào)制器的器件尺寸仍然在毫米量級(jí),這主要是因?yàn)樗苋醯碾姽庑阅堋Ｊ﹥?yōu)越的光子和電子性能使其成為人們關(guān)注的焦點(diǎn),它與硅波導(dǎo)相結(jié)合構(gòu)造的光調(diào)制器能夠滿足光調(diào)制器高速、寬帶寬和小體積的發(fā)展趨勢(shì)。
　　本論文主要針對(duì)上述問題,以基于石墨烯的光調(diào)制器作為主要的研究對(duì)象。在深入地分析理解了傳

2、統(tǒng)光調(diào)制器的理論及技術(shù)原理后,對(duì)基于石墨烯材料的光調(diào)制器的基礎(chǔ)理論和工作原理進(jìn)行了詳細(xì)的分析、研究和討論。本文的主要內(nèi)容如下:
　　1.在大量查閱國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,綜述了傳統(tǒng)光調(diào)制器的基本原理和優(yōu)缺點(diǎn),同時(shí)對(duì)石墨烯光調(diào)制器的研究進(jìn)展做了詳盡的分析和介紹,對(duì)比了各種結(jié)構(gòu)的石墨烯光調(diào)制器的性能參數(shù)。
　　2.石墨烯具有獨(dú)特的光子學(xué)和電子學(xué)特性。它具有很高的載流子遷移率和光學(xué)透明度,還有很好的柔韌性、硬度和穩(wěn)定性。文章對(duì)石墨烯的

3、性質(zhì)做了系統(tǒng)的整理,并進(jìn)行了詳盡的介紹。
　　3.對(duì)幾種常用的用于波導(dǎo)模式分析的數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行了介紹,包括時(shí)域有限差分法(Finite Difference Time Domain,FDTD)、束傳播法(Beam Propagation Method,BPM)和有效折射率法(Effective Index Method,EIM)。同時(shí),也對(duì)調(diào)制器的相關(guān)性能參數(shù)做了介紹。
　　4.研究石墨烯光調(diào)制器工作原理,經(jīng)過整理分析,給

4、出了詳盡的石墨烯光調(diào)制器工作理論和模型。仿真結(jié)果顯示,對(duì)于絕緣層3.47spacern?的石墨烯水平槽型波導(dǎo)結(jié)構(gòu),其TM模的模式衰減系數(shù)最大可達(dá)7.825dB?m,在385nm長(zhǎng)的有源調(diào)制區(qū)域可實(shí)現(xiàn)3dB的消光比,調(diào)制帶寬可達(dá)76GHz,能耗僅為0.39 fJ bit。對(duì)于絕緣層1.98spacern?的石墨烯水平槽型波導(dǎo)結(jié)構(gòu),在700nm長(zhǎng)的調(diào)制區(qū)域可實(shí)現(xiàn)3dB的消光比,調(diào)制帶寬可達(dá)250GHz,能耗僅為1.82 fJ bit。同時(shí)提