基于石墨烯的偏振无关电光调制器基础研究

发布时间：2024-07-07 03:57

　　光调制器是指将其它形式的信号转为光信号的器件,例如电光调制器,热光调制器,声光调制器,它们是集成光电子器件的重要组成部分。高速光调制技术是未来光通信系统以及光电子集成系统中的核心技术,在光计算和芯片光互连中应用前景巨大。因为石墨烯具有载流子迁移速率高、吸收光谱宽、CMOS工艺兼容等优点,所以近年来,以石墨烯为代表的二维材料被广泛应用于光电子器件领域。然而现有石墨烯光调制器仍有很多不足,例如石墨烯调制是偏振敏感的,偏振敏感是石墨烯调制器从实验品转为商业化产品的关键难题之一,只有解决了石墨烯调制器的偏振敏感问题,才能保证器件在任何偏振光状态下都能稳定工作。本文以硅为波导材料分析了不同结构的石墨烯调制器性能,包括:微环谐振结构调制器、马赫-曾德干涉结构调制器以及直波导光吸收型调制器。并着重分析了基于矩形波导和光纤的石墨烯调制器偏振敏感特性,提出了可行的偏振无关调制器结构,并通过软件仿真和实验验证,证明了结构的可行性。本文的主要研究内容如下:1.仿真几种常见的石墨烯调制器结构,分析调制器的调制性能,包括工作光谱范围、3dB带宽、插入损耗等,并比较了各种类型调制器之间的性能差异。2.阐述波导模式...

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1(a)调制器结构图；(b)覆盖石墨烯的波导的TM0模场分布情况；(c)石墨烯费米能级随偏压的变化情况

图1-1(a)调制器结构图；(b)覆盖石墨烯的波导的TM0模场分布情况；(c)石墨烯费米能级随偏压的变化情况2011年Liu等人首次报道了基于硅波导的石墨烯吸收型调制器[10]，图1-1(a)显示了该器件的结构，把CVD生长的石墨烯片转移到绝缘衬底的硅....

图1-2双层石墨烯调制器结构图

第一章绪论调制器[12]。通过精确的设计双层石墨烯波导结构，文章[13]实现了3.3dB插入损耗以及16dB调制深度。除了波导表层的双层石墨烯结构以外，双层石墨烯也可以放在波导中心，由于单层石墨烯吸收调制器对光的吸收效果弱，会导致器件结构很长，施加的偏置电压大。结构过....

图1-3(a)微环调制器结构示意图；(b)微环调制器的光学显微成像图；(c)3dB调制带宽与传统的硅基电光调制器相比，石墨烯调制器拥有诸多优点，如工作光谱范围宽、3dB带宽大、调制深度大、器件尺寸小等

图1-3(a)微环调制器结构示意图；(b)微环调制器的光学显微成像图；(c)3dB调制带宽与传统的硅基电光调制器相比，石墨烯调制器拥有诸多优点，如工作光谱宽、3dB带宽大、调制深度大、器件尺寸小等。石墨烯基于不同的波导材料硅波导、硫系玻璃波导等，可以设计不同工作波段....

图1-4(a)TE0与TM0的有效折射率实部随石墨烯化势的变化情况；(b)TE0与TM0的有效折射率虚部随石墨烯化势的变化情况；(c)石墨烯与三氧化二铝形成的二维超材料结构示意图

//01giwd(1-1)其中g表示电导率，ω为角频率，Δd表示石墨烯厚度。为了使嵌入在硅波导中的石墨烯能够很好的调制TM模式，PengX等人[20]采用多层堆积方式形成二维超晶格，增强了石墨烯对TM模的作用效果。其结构如图1-4(c)所示....

本文编号：4003119