硅基微環(huán)電光調(diào)制器基礎(chǔ)研究.pdf

1、硅基光子學(xué)作為實(shí)現(xiàn)大規(guī)模集成光路的重要解決方案，得到科研工作者越來(lái)越多的關(guān)注和研究。集成光學(xué)的發(fā)展對(duì)光纖通信系統(tǒng)具有重大意義，其中，調(diào)制器又是光通信系統(tǒng)中關(guān)鍵器件，不僅在光通信網(wǎng)絡(luò)的組建中有著至關(guān)重要的作用，而且其性能也影響著整個(gè)光通信網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)處理能力。但是目前在調(diào)制器小型化和高調(diào)制速率方面還沒(méi)有得到很好的解決。
　　硅基微環(huán)諧振腔電光調(diào)制器不僅體積小而且具有很高的敏感性，但是傳統(tǒng)的硅基微環(huán)調(diào)制器主要基于等離子色散效應(yīng)，由于載流

2、子遷移率的限制，使得其無(wú)法達(dá)到所需求的高速調(diào)制。本論文結(jié)合新型二維材料石墨烯，利用其高載流子遷移率以及電壓可控的優(yōu)點(diǎn)制作分別工作在近紅外和中紅外波段的硅基微環(huán)調(diào)制器，得到較好的調(diào)制效果。此外本論文還設(shè)計(jì)了基于氧化銦錫（Indium Tin Oxide，ITO）的硅基微環(huán)電光調(diào)制器。最后設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了石墨烯的調(diào)制性能。主要研究?jī)?nèi)容概括如下：
　　1．結(jié)合電磁理論對(duì)波導(dǎo)中光的傳輸進(jìn)行討論分析。重點(diǎn)就波導(dǎo)耦合理論進(jìn)行了分析，這對(duì)微環(huán)諧

3、振腔總線波導(dǎo)與環(huán)形波導(dǎo)間的耦合至關(guān)重要。最后本論文利用傳輸矩陣法分析了微環(huán)諧振腔的基本原理和性質(zhì)，并對(duì)微環(huán)諧振器的性能參數(shù)進(jìn)行了討論分析。
　　2．設(shè)計(jì)分析了基于石墨烯的硅基微環(huán)電光調(diào)制器，通過(guò)設(shè)計(jì)所需的脊型波導(dǎo)，討論對(duì)比了不同隔離層的區(qū)別，定性分析了嵌入有石墨烯波導(dǎo)的電調(diào)諧性能。最終仿真了石墨烯硅基微環(huán)調(diào)制器，分析了其調(diào)制性能，光信號(hào)的透過(guò)率，實(shí)現(xiàn)了在1550nm下消光比為16.77dB，光帶寬為208.14GHz的微環(huán)調(diào)制器。

4、此外，本論文仿真設(shè)計(jì)了基于硫系玻璃波導(dǎo)的中紅外微環(huán)調(diào)制器，實(shí)現(xiàn)了消光比為33.57dB，光帶寬為133GHz的中紅外波段微環(huán)調(diào)制器。本論文同時(shí)理論分析了 ITO的電調(diào)諧性能，設(shè)計(jì)了基于ITO的硅基微環(huán)調(diào)制器，結(jié)果表明基于ITO的微環(huán)同樣能實(shí)現(xiàn)電光調(diào)制，得到消光比為15.15dB，光帶寬為195GHz的調(diào)制器。
　　3．完成了對(duì)石墨烯電調(diào)諧性質(zhì)的測(cè)試，設(shè)計(jì)了基于石墨烯的D型光纖調(diào)制器，通過(guò)簡(jiǎn)單、低成本的方法證明了石墨烯的電調(diào)諧性能。