基于石墨烯电光调制器的结构设计和性能研究

发布时间：2017-08-16 12:05

  本文关键词：基于石墨烯电光调制器的结构设计和性能研究

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【摘要】：石墨烯是一种由单层或者较少层数的碳原子通过Sp~2杂化得到的材料。它可以由例如机械透明胶带法和化学剥离石墨法自上而下制备,也可以通过化学汽相淀积之类的方法自下而上的制备。这种二维材料所拥有的独特物理和化学性质吸引了来自各个方面研究人员的目光。石墨烯吸收对于白光的吸收效率可以达到2.3%,这也是一个独特而有趣的属性,特别是考虑到它的厚度只有一层单原子层之后。这是由于它的电子特性决定的,它的这些有趣的特性使它在高性能电子设备领域成为了一种前景广阔的材料。本文首先阐述了关于石墨烯调制器的发展历程,通过对前人的研究成果进行分析,掌握了基于石墨烯调制器设计的基本原理。通过对Mach-Zenhder调制器的基本原理进行分析,可知石墨烯波导由于独特的能带结构、光学和电学特性,使它具有很好的光透性和较大的有效折射率变化量,因此可以应用于Mach-Zenhder调制器的构建。然后本文通过结合以往国内外关于波导材料的研究成果,为了进一步提高石墨烯层的工作效率,设计出了一种对称的石墨烯波导结构。通过对该对称结构石墨烯波导的有效折射率变化量以及吸收损耗等特性参数进行分析和研究,进一步优化该石墨烯波导的结构,最终得到了一种三层石墨烯波导。最后本文具体分析了影响Mach-Zenhder调制器性能的影响参数,如两臂间距、Y分支角大小及过渡区长度等,通过计算和分析Mach-Zenhder调制器的消光比、调制带宽及插入损耗等影响因素,对调制器的结构进一步的优化,最终设计出了一种两臂非对称型的Mach-Zenhder调制器。本文主要通过Comsol软件对波导的参数进行了模拟,研究了基于石墨烯的光波导模型。通过对基于石墨烯光波导的Mach-Zehnder干涉型调制器进行软件仿真研究,设计出了这种新型的石墨烯调制器,优化了它的结构,并最终计算出了它的性能参数。
【关键词】：电光调制器 石墨烯 波导 有效折射率
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN761
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 引言10-11
• 1.2 石墨烯简介11
• 1.3 石墨烯常见的制备方法11-13
• 1.4 基于石墨烯的调制器的研究现状13-17
• 1.5 本论文的研究项目和内容17-19
• 第二章 石墨烯材料特性与电光调制器的基本原理19-32
• 2.1 石墨烯的结构19-20
• 2.2 石墨烯的材料特性20-25
• 2.2.1 石墨烯的结构分析20-22
• 2.2.2 石墨烯的电学性质22-23
• 2.2.3 石墨烯的光学性质23-24
• 2.2.3.1 可饱和吸收性质23-24
• 2.2.3.2 非线性光学性质24
• 2.2.4 热力学性质24-25
• 2.3 电光调制器的基本原理25-30
• 2.3.1 电光调制器的偏置原理26-28
• 2.3.2 光路的相位差产生方式28
• 2.3.3 电光材料的种类28-30
• 2.4 Mach-Zehnder结构光学偏置30-31
• 2.4.1 Mach-Zehnder数值模拟算法的原理30
• 2.4.2 FD-BPM方程介绍30-31
• 2.5 COMSOL Multiphysics软件简介31
• 2.6 本章小结31-32
• 第三章 石墨烯波导理论与设计32-48
• 3.1 光波导基本结构32-34
• 3.2 石墨烯性能参数的研究34-37
• 3.3 双脊形波导设计37-43
• 3.3.1 光波导的基本结构37-40
• 3.3.2 石墨烯光波导的结构参数优化40-43
• 3.3.2.1 脊波导宽度对光波导的影响40-41
• 3.3.2.2 脊波导高度对光波导的影响41-43
• 3.4 基于石墨烯的脊波导结构参数43-47
• 3.5 本章小结47-48
• 第四章 基于石墨烯的Mach-Zehnder干涉型调制器的结构优化48-60
• 4.1 Mach-Zehnder调制器结构的设计48-51
• 4.1.1 Y分支的参数设计48-50
• 4.1.2 石墨烯波导两臂间距50-51
• 4.2 路径非对称Mach-Zehnder结构设计51-55
• 4.3 M-Z干涉型调制器调制参数55-57
• 4.4 折射率非对称Mach-Zehnder结构设计57-59
• 4.5 本章小结59-60
• 第五章 总结与展望60-62
• 5.1 本论文总结60-61
• 5.2 前景展望61-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-67
• 攻读硕士学位期间取得的成果67-68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 李艳娜;汤跃;韦丽萍;王永华;刘耀英;薛晨阳;;SOI环形光波导谐振腔双层石墨烯调制器（英文）[J];强激光与粒子束;2015年02期

2 陈英良;冯小波;侯德东;;单层与双层石墨烯的光学吸收性质研究[J];物理学报;2013年18期

3 郑宏林,陈福深;两种不同Y分支光波导的弯曲损耗研究[J];半导体光电;2005年01期

4 赵文怡,金国良,应再生,戴蓓兴,戴海平;基于有限差分束传播法的Mach-Zehnder型波导电光调制器的模拟设计[J];光子学报;1998年02期

5 杨建义;冯浩;王明华;;有限差分光束传输法的分析[J];计算物理;1996年01期

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1 曾照凤;金属氯化物调节石墨烯光电学性质的研究[D];哈尔滨工业大学;2014年

本文编号：683166