石墨烯电吸收调制器的基础研究

发布时间：2017-12-11 07:37

  本文关键词：石墨烯电吸收调制器的基础研究

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【摘要】：电光调制器是光纤通信系统非常关键的器件,它性能的好坏将直接影响网络传输的性能。随着光纤通信技术的不断发展,电光调制器不断向着小体积、宽带宽、低损耗方向发展。而传统调制器都有着器件体积大、不容易集成、调制电压高、制备成本高等缺点。石墨烯由于其优异的电学、光学特性,例如零带隙结构、超高的载流子迁移率、高透光性等特点而备受关注。因此,近年来基于石墨烯材料的电光调制器得到了广泛研究。本论文首先阐述了传统调制器,例如LiNbO3调制器、Si基光调制器以及有机聚合物光调制器的优缺点;介绍了石墨烯的能带结构、独特的光学和电学特性。正是由于这些优异的特性,使得石墨烯与光的作用非常强烈,而基于石墨烯的电吸收调制器就具有了体积小、调制器速度快、消光比大以及能耗低等优点。然后本论文介绍了石墨烯电吸收调制器的工作原理,分析了石墨烯的化学式随外加驱动电压的变化情况以及石墨烯的电导率、介电常数、折射率等参数随化学式的变化情况。接着对不同结构的波导进行了仿真分析,掌握了石墨烯在波导中的位置、石墨烯的层数、隔离介质的材料和厚度对波导折射率的影响,也就是对调制器光吸收能力的影响。其中,将石墨烯水平置于波导下方,调整脊波导和硅覆盖层的高度比例,使石墨烯处于光场最强处,并且采用厚度小、介电常数低的隔离介质,基于这种波导结构的调制器的性能是最优的。最后,本论文基于以上各因素对调制器光吸收能力的影响,在上述最优化波导结构的基础上继续改进,设计了一种四层石墨烯电吸收调制器。其中两层石墨烯置于波导下方,另外两层石墨烯置于波导内部,调整这两部分石墨烯的间距,分析对比不同间距时电吸收调制器的模式功率损耗,得到了一种最优的间距。针对这一种优化的电吸收调制器,对其消光比、调制深度、调制带宽、插入损耗、能量损耗等参数进行了具体分析和计算。计算结果也证明了本论文设计的四层石墨烯电吸收调制器具有体积小、消光比大、调制带宽宽、插入损耗小、能量损耗低等优点。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN761;TN929.11

【参考文献】

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1 樊洁平;刘惠民;田强;;光吸收介质的吸收系数与介电函数虚部的关系[J];大学物理;2009年03期

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本文编号：1277635