石墨烯光调制器的研究

发布时间：2017-06-27 23:09

  本文关键词：石墨烯光调制器的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,石墨烯在光电器件中的应用受到了广泛的关注,它表现出诸多优异的光电特性,使其在下一代微纳光电子领域有着巨大的潜力。自2011年起,一系列基于石墨烯的光调制器先后被成功研制出来,这已显示出其优异的性能和良好的应用前景。然而,这类器件面临着石墨烯-光的相互作用较弱,调制速率较慢,工艺步骤较为复杂,成品率较低等问题。为解决这几个问题,本文采用微环谐振腔作为基底,以石墨烯作为有源材料,来制备高性能的石墨烯光调制器。具体的研究内容如下:1.基于微环结构的石墨烯电光调制器的研究为加强石墨烯与光场的相互作用强度,提升器件的调制深度,从而减小器件的尺寸,本研究采用微环谐振腔与石墨烯的复合结构。此结构因为其独特的谐振特性,往往有着超高的消光比以及极小的器件尺寸。我们成功制备了基于微环结构的石墨烯电光调制器,它的调制深度和调制速率分别可达2 dB以及125 MHz,器件面积仅为13μm2,为日后光电子集成回路的应用提供了一种可行的思路。2.基于微环结构的石墨烯热光调制器的研究石墨烯不但拥有优异的光电性质,其在热力学方面的性能也很卓越,尤其是它的热导率。本研究将这一特性与硅材料显著的热光效应相结合,以制备高性能的热光调制器。最终,它的调制深度和10%-90%上升时间(90%-10%下降时间)分别可达7 dB以及750 ns(800 ns),器件面积仅为10μm2。与传统的热光调制器相比,它除了在性能上有所提升,还大大减少了器件的工艺复杂性。该器件可以很好的被应用于波长滤波器以及阵列开关等领域。
【关键词】：石墨烯 光调制器 调制深度 调制速率 器件尺寸
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN761;O613.71
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-26
• 1.1 光调制器的发展概述9-10
• 1.2 石墨烯电光调制器的工作机理分析10-15
• 1.2.1 石墨烯的能带结构与电学调谐特性10-13
• 1.2.2 微环谐振腔的谐振特性13-15
• 1.3 石墨烯电光调制器的研究进展15-24
• 1.3.1 基于直波导结构的石墨烯电光调制器15-18
• 1.3.2 基于微环及马赫-曾德结构的石墨烯电光调制器18-21
• 1.3.3 基于平面结构的石墨烯电光调制器21-24
• 1.4 选题依据和研究内容24-26
• 第二章 石墨烯的制备和性能研究26-40
• 2.1 引言26-27
• 2.2 实验装置介绍27-30
• 2.2.1 化学气相沉积管式炉系统27-28
• 2.2.2 光学显微镜28-29
• 2.2.3 共聚焦拉曼光谱仪29
• 2.2.4 扫描电子显微镜29-30
• 2.3 实验部分30-33
• 2.3.1 铜箔上制备石墨烯方案30-32
• 2.3.2 非金属基底上 PECVD 法制备石墨烯方案32-33
• 2.4 结果与讨论33-38
• 2.4.1 铜箔上制备石墨烯33-36
• 2.4.2 非金属基底上 PECVD 法制备石墨烯36-38
• 2.5 本章小结38-40
• 第三章 石墨烯电光调制器的制备与性能研究40-59
• 3.1 引言40
• 3.2 实验装置介绍40-45
• 3.2.1 电子束曝光系统40-41
• 3.2.2 电感耦合等离子体刻蚀41-42
• 3.2.3 光刻机系统42
• 3.2.4 热蒸发系统42-43
• 3.2.5 原子层沉积系统43-44
• 3.2.6 光调制器的测试系统44-45
• 3.3 实验部分45-54
• 3.3.1 光栅与器件的仿真45-47
• 3.3.2 微环谐振腔的制备及测试47-51
• 3.3.3 石墨烯电光调制器的制备及测试51-54
• 3.4 结果与讨论54-57
• 3.4.1 器件结构的表征54-55
• 3.4.2 器件的静态调制特性55
• 3.4.3 器件的动态调制特性55-57
• 3.5 本章小结57-59
• 第四章 石墨烯热光调制器的制备与性能研究59-69
• 4.1 引言59
• 4.2 实验部分59-61
• 4.3 结果与讨论61-68
• 4.3.1 器件结构的表征61-62
• 4.3.2 器件的静态调制特性62-64
• 4.3.3 器件的动态调制特性64-65
• 4.3.4 器件的仿真65-68
• 4.4 本章小结68-69
• 第五章 总结与展望69-71
• 参考文献71-80
• 攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文80-81
• 致谢81-82

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