石墨烯涂覆光纖電光調(diào)控特性及光纖器件的理論研究.pdf

1、隨著光信息傳輸與處理速度的高速發(fā)展，光纖器件微型化、集成化和低能耗化是光纖通信技術(shù)的發(fā)展趨勢。石墨烯具有超高的載流子遷移率，超快的弛豫過程，可調(diào)控的費(fèi)米能級，還可以吸收很寬頻率范圍的入射光，非常適合于光纖器件的設(shè)計(jì)。本文提出了一種新穎的石墨烯-光纖復(fù)合結(jié)構(gòu)，首次將石墨烯涂覆在空心光纖和光子晶體光纖的纖芯孔內(nèi)表面上，利用有限元法對該結(jié)構(gòu)的調(diào)制特性、濾波特性和偏振特性進(jìn)行了分析。本文的主要內(nèi)容如下：
　　首先，結(jié)合通信技術(shù)的發(fā)展歷史，

2、介紹了本課題的研究目的和意義，而且在查閱大量國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對基于石墨烯的光纖器件的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜合評述，總結(jié)了石墨烯和光纖的主要結(jié)合方式。
　　其次，從石墨烯的能帶結(jié)構(gòu)出發(fā)，分析了石墨烯的線性光吸收和電光調(diào)制特性，并且介紹了分析光纖傳輸特性的解析方法和數(shù)值方法，重點(diǎn)介紹了本文所采用的有限元法，進(jìn)一步給出了仿真軟件的模擬過程。
　　再次，設(shè)計(jì)了基于石墨烯涂覆空心光纖的調(diào)制器模型，利用有限元法研究了光纖的模場分布和電

3、致吸收特性，同時研究了空氣孔半徑、石墨烯層數(shù)和緩沖層對調(diào)制器性能參數(shù)的影響。
　　最后，設(shè)計(jì)了三種基于石墨烯涂覆光子晶體光纖的器件模型：第一種將石墨烯涂覆在圓形纖芯孔內(nèi)表面上構(gòu)成電吸收型調(diào)制器，分析光纖損耗隨化學(xué)勢的變化規(guī)律，研究其調(diào)制特性；第二種將石墨烯涂覆在圓形纖芯孔內(nèi)表面上構(gòu)成帶阻濾波器，分析光纖損耗隨波長的變化規(guī)律，研究其濾波特性；第三種是將石墨烯涂覆在橢圓形纖芯孔內(nèi)表面上構(gòu)成偏振器，分析TE和TM模式的損耗隨化學(xué)勢的變化