基于石墨烯的环形谐振腔电光调制器研究

发布时间：2021-12-22 03:28

　　电光调制器是光通信系统中的关键器件。电光调制器具有调制速率快、消光比高、驱动电压低等优势,被广泛应用于光纤通信系统中的光发射器模块。石墨烯是一种新型材料,具有的优异电学和光学特性,因此基于石墨烯材料的电光调制器与传统的调制器相比具有调制速率高、体积小、成本低、调制效果好等独特的优势。硅基波导制作成本低,工艺成熟,便于系统集成,且环形谐振腔结构具有调制灵敏度高、尺寸小、弯曲损耗小、易于在传统工艺器件上集成等显著优势。基于石墨烯的硅基环形谐振腔电光调制器,将硅基波导的成熟技术与环形谐振腔的结构优势相结合,具有十分广阔的应用前景。本论文从石墨烯的基本特性和环形谐振腔的工作原理出发,设计了一种基于石墨烯的环形谐振腔电光调制器,并研究了环形谐振腔的各种参数,以及石墨烯材料本身性质对基于石墨烯电光调制器性能参数的影响。本文主要工作内容如下:.首先,阐述了电光调制器和石墨烯的国内外研究现状,讨论了石墨烯的发展历程和制备方法,以及石墨烯的各种优异的电学和光学特性。分析了石墨烯电导率和有效折射率随费米能级的变化趋势。其次,研究了环形谐振腔的基本结构和工作原理,建立了环形谐振腔的理论模型,并根据该模型分析... 

【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１－１电光调制器示意图??－

离的石墨分子，每个碳原子均为ｓｐ２杂化，并贡献剩余一个ｐ轨道上的电子形成大??７１键，７１电子可以自由移动，赋予石墨烯良好的导电性。??图２－２为利用ＭＡＴＬＡＢ画出的石墨烯晶体结构：??．．．．．??图２－２石墨烯晶体结构??Ｆｉｇ．?２－２?Ｇｒａｐｈｅｎｅ?ｃｒｙｓｔａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??石墨烯的光传导特性可以通过调整费米能级来进行调控。通过施加电场和引??入电荷的方法即可以对石墨烯的光学性质进行调控，这个性质使其可以应用于红??外探测器和电光调制器等光电子器件。由于泡利阻塞现象的存在，石墨烯存在可??饱和吸收现象，因此可以作为可饱和吸收体应用在激光器锁模器件中。通过外加??电压对费米能级的调节，可以控制石墨烯对光的吸收，进而控制打开或者关闭光??线［２９〗。由于石墨烯的超快电子迁移速率，其外加电压导致费米能级变化的过程能??够以非常高的速率进行，具有在超高速率下工作的巨大潜力。??如图２－３为施加了偏置电压后石墨烯光吸收示意图。??７??

?石墨烯理论基础及其在电光调制器中的应用??图２－１石墨烯能带结构及布里渊区示意图ｔ２８Ｉ??Ｆｉｇ．?２－１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｖｉｅｗ?ｏｆ?ｇｒａｐｈｅｎｅ?ｂａｎｄ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ａｎｄ?Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ?ｚｏｎｅ＊２８＾??石墨烯具有完美的二维晶体结构，它的晶格是由六个碳原子围成的六边形，??厚度为一个原子层。理想的石墨烯结构是平面六边形点阵，可以看成是一层被剥??离的石墨分子，每个碳原子均为ｓｐ２杂化，并贡献剩余一个ｐ轨道上的电子形成大??７１键，７１电子可以自由移动，赋予石墨烯良好的导电性。??图２－２为利用ＭＡＴＬＡＢ画出的石墨烯晶体结构：??．．．．．??图２－２石墨烯晶体结构??Ｆｉｇ．?２－２?Ｇｒａｐｈｅｎｅ?ｃｒｙｓｔａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??石墨烯的光传导特性可以通过调整费米能级来进行调控。通过施加电场和引??入电荷的方法即可以对石墨烯的光学性质进行调控，这个性质使其可以应用于红??外探测器和电光调制器等光电子器件。由于泡利阻塞现象的存在，石墨烯存在可??饱和吸收现象，因此可以作为可饱和吸收体应用在激光器锁模器件中。通过外加??电压对费米能级的调节

【参考文献】：
期刊论文
[1]Si基双环级联光学谐振腔应变检测研究[J]. 唐军,雷龙海,张伟,张天恩,薛晨阳,张文栋,刘俊.  光谱学与光谱分析. 2016(03)
[2]SOI环形光波导谐振腔双层石墨烯调制器（英文）[J]. 李艳娜,汤跃,韦丽萍,王永华,刘耀英,薛晨阳.  强激光与粒子束. 2015(02)
[3]单层与双层石墨烯的光学吸收性质研究[J]. 陈英良,冯小波,侯德东.  物理学报. 2013(18)
[4]旋转双层石墨烯的电子结构[J]. 吴江滨,张昕,谭平恒,冯志红,李佳.  物理学报. 2013(15)
[5]光纤通信的发展现状和未来[J]. 王磊,裴丽.  中国科技信息. 2006(04)
[6]传输矩阵法分析多环高阶谐振滤波器特性[J]. 董小伟,裴丽,简水生.  中国激光. 2005(07)
[7]新型高速电光调制器[J]. 董小伟,裴丽,李彬,简水生.  光通信研究. 2003(04)



本文编号：3545673