石墨烯调制器的基础研究

发布时间：2017-08-18 17:20

  本文关键词：石墨烯调制器的基础研究

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【摘要】：随着光纤通信网络的迅速发展,现有的光调制器已经难以满足其发展趋势,因此亟需研究超高调制速率,超宽带宽的新型光调制器,石墨烯因其优异的特性得到了各国研究人员的青睐,与传统光调制器相比,石墨烯电光调制器能够实现高调制速率,高消光比以及小尺寸。本论文主要对石墨烯电光调制器进行了基础研究,介绍了各类石墨烯电光调制器的工作原理,提出了多层石墨烯电光调制器以及石墨烯偏振无关电光调制器的模型并对其进行了仿真分析。本论文的主要工作有以下四个方面:1.简单介绍了光纤通信的发展,并在查阅各种文献以后介绍了各类传统光调制器的类型以及其优缺点。介绍了目前石墨烯电光调制器的研究进展,并对各类石墨烯电光调制器的结构作了简单的介绍,介绍了这些石墨烯电光调制器的性能参数。2.对石墨烯材料的基本结构以及各种物理性质进行了介绍,并对石墨烯的光学性质进行了公式推导。对不同类型的石墨烯电光调制器的工作原理进行了详细的介绍。3.论文中提出了一种多层石墨烯电光调制器结构,并对其进行了仿真分析。仿真结果显示,随着石墨烯层数的增加,其TE、TM模的衰减系数均随之增大,但四层石墨烯电光调制器以及五层石墨烯电光调制器的TM模衰减系数相近,考虑到工艺问题,最终采用四层石墨烯电光调制器结构。在仿真中观察到了狭缝效应,并对该结构中狭缝效应的优点进行了介绍。接着对四层石墨烯电光调制器的结构参数进行了优化,仿真结果显示其在中间波导层为0.1?m,绝缘层折射率为1.98时效果最佳。在有源调制区域为5?m时,计算得到该调制器结构的调制带宽约为100GHz,能耗约为19 bitf J/,消光比可达38.65dB。4.论文中提出了一种石墨烯偏振无关电光调制器结构,并对其进行了仿真分析。仿真结果显示,当该调制器结构的倾斜角为52°,波导高度为0.38?m,波导宽度为0.5?m,绝缘层厚度为10nm,绝缘层宽度为0.35?m时,其偏振无关性最佳,TE、TM模的衰减系数曲线随着化学势的改变基本保持一致,从而达到了偏振无关的调制效果。计算得到该调制器结构的调制带宽约为160GHz,能耗约为12 bitfJ/。
【关键词】：电光调制器 多层石墨烯 狭缝效应 偏振无关
【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10-20
• 1.1 光纤通信的发展与概述10-12
• 1.2 电光调制器的种类及特点12-15
• 1.3 石墨烯电光调制器的研究进展15-19
• 1.4 本论文的意义和主要内容19-20
• 第二章 石墨烯的基本性质以及各类石墨烯电光调制器的工作原理20-27
• 2.1 石墨烯的理论研究及发现20
• 2.2 石墨烯的基本结构20-21
• 2.3 石墨烯的基本特性21-24
• 2.3.1 石墨烯的电学特性21
• 2.3.2 石墨烯的光学特性21-22
• 2.3.3 石墨烯的饱和吸收特性22-23
• 2.3.4 石墨烯的热导性23
• 2.3.5 石墨烯的力学性质23-24
• 2.4 各类石墨烯电光调制器的工作原理24-26
• 2.4.1 石墨烯电吸收型光调制器24
• 2.4.2 M-Z型石墨烯电光调制器24-25
• 2.4.3 微环结构石墨烯电光调制器25-26
• 2.4.4 石墨烯全光调制器26
• 2.5 本章小结26-27
• 第三章 单层石墨烯电光调制器研究27-38
• 3.1 单层石墨烯电光调制器的简单结构27
• 3.2 石墨烯的化学势与折射率27-30
• 3.3 石墨烯电光调制器驱动电压与化学势的关系30-31
• 3.4 石墨烯电光调制器的电容、电阻以及调制带宽31-32
• 3.5 单层石墨烯电光调制器的仿真分析32-36
• 3.6 本章小结36-38
• 第四章 多层石墨烯电光调制器研究38-52
• 4.1 多层石墨烯电光调制器的简单结构38-39
• 4.2 多层石墨烯电光调制器的仿真研究39-47
• 4.2.1 多层石墨烯电光调制器仿真39-41
• 4.2.2 狭缝波导理论41-43
• 4.2.3 石墨烯电光调制器中狭缝效应的仿真分析43-46
• 4.2.4 狭缝效应对多层石墨烯电光调制器的影响46-47
• 4.3 四层石墨烯电光调制器结构的优化47-50
• 4.4 本章小结50-52
• 第五章 新型石墨烯偏振无关电光调制器52-66
• 5.1 偏振敏感电光调制器的不足52
• 5.2 MZ型偏振无关调制器的结构及理论分析52-55
• 5.3 新型石墨烯偏振无关电光调制器基本结构55-56
• 5.4 石墨烯偏振无关电光调制器的仿真56-64
• 5.5 本章小结64-66
• 第六章 总结及展望66-68
• 6.1 总结66-67
• 6.2 展望67-68
• 致谢68-69
• 参考文献69-73
• 攻硕期间取得的研究成果73
• 攻硕期间参与的科研项目73-74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 刘子龙;朱大庆;;基于TE/TM模式转换的偏振不敏感调制器[J];武汉理工大学学报;2007年03期

2 刘子龙,朱大庆;The effect of conductor loss on half-wave voltage and modulation bandwidth of electro-optic modulators[J];Chinese Optics Letters;2004年10期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 李威;基于微纳光纤的石墨烯超快全光调制器研究[D];浙江大学;2014年

2 于弋川;高速半导体电吸收光调制器与MSM光探测器研究[D];浙江大学;2007年

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本文编号：695790