石墨烯光电子有源器件的研究

发布时间：2017-08-26 11:32

  本文关键词：石墨烯光电子有源器件的研究

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【摘要】：光通信技术在过去的几十年发展非常迅速,在我们的生活中的作用越来越重要。其中,光通信系统中的各种光电元件的性能对未来光通信系统的发展有很重要的意义。不过,目前很多光电元器件的性能存在一些缺陷,如尺寸过大,带宽窄,速度慢等都制约着光通信系统的发展。针对这些问题,本文将二维纳米材料石墨烯和传统的光电器件结合,利用石墨烯优越的光电性能,探索了高性能光电器件。 本文首先对石墨烯的电学性质和光学性质进行了分析和研究,接着提出了石墨烯硅基波导的新结构,并将其和传统的光电器件结合,设计了几种新型的石墨烯光电器件,包括Mach-Zehnder石墨烯调制器,石墨烯微环谐振调制器,石墨烯TE/TM偏振器。本论文的主要创新和贡献在于。 (1)提出嵌入式的石墨烯硅波导结构,并用数值方法和理论方法分别对其性能进行计算。首次发现石墨烯硅波导的有效折射率的实部变化幅度超过0.01。将石墨烯波导和传统Mach-Zehnder调制器相结合,大大缩小了Mach-Zehnder调制器的尺寸,解决了传统器件尺寸过大的问题。 (2)在理论上详细分析了微环谐振调制器的特性。将石墨烯和传统微环谐振器相结合,提高了微环谐振调制器的工作带宽,并使得新型石墨烯微环谐振调制器的抗温漂范围达到27K。 (3)针对传统的光偏振器的只能在单一偏振态下进行工作这一缺陷,提出了石墨烯环形波导结构,利用石墨烯的电可调性,首次将TE偏振器和TM偏振器用一个分立元件实现。
【关键词】：光通信系统 光电器件 石墨烯 调制器 偏振器
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.1
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 二维纳米材料石墨烯10-12
• 1.2.1 石墨烯的发现历史10-11
• 1.2.2 石墨烯的电光性质11-12
• 1.2.3 石墨烯制备技术简单介绍12
• 1.3 石墨烯器件的国内外研究现状12-17
• 1.3.1 石墨烯调制器12-14
• 1.3.2 石墨烯探测器14-16
• 1.3.3 石墨烯偏振器16-17
• 1.4 本文主要研究内容和结构安排17-19
• 2 基于石墨烯的Mach-Zehnder调制器的研究19-49
• 2.1 石墨烯电学参数的仿真与分析19-24
• 2.2 光电调制器的理论基础24-30
• 2.2.1 光电调制的原理24-28
• 2.2.2 光学调制器的性能指标28-30
• 2.3 基于石墨烯的Mach-Zehnder调制器的实现30-48
• 2.3.1 石墨烯波导的设计和性质30-39
• 2.3.2 墨烯调制器的实现及其性能39-42
• 2.3.3 多层石墨烯MZI调制器的实现42-48
• 2.4 小结48-49
• 3 基于石墨烯的微环谐振调制器的研究49-63
• 3.1 微环谐振器的理论基础49-55
• 3.1.1 微环谐振器的传输矩阵49-51
• 3.1.2 微环谐振器的主要参数51-54
• 3.1.3 直通系数和耦合系数的计算54-55
• 3.2 传统微环谐振调制器的实现55-57
• 3.3 基于石墨烯的微环谐振调制器的实现57-62
• 3.4 小结62-63
• 4 基于石墨烯波导的TE/TM偏振器的研究63-77
• 4.1 偏振器的基本介绍63
• 4.2 单一模式偏振器的种类63-68
• 4.2.1 基于绝缘硅片(SOI)结构的偏振器63-66
• 4.2.2 基于表面等离激元偏振器的实现66-68
• 4.3 基于石墨烯的可调TM/TE模式的偏振器68-76
• 4.3.1 TE/TM偏振器的结构设计69-72
• 4.3.2 TE/TM石墨烯偏振器的实现72-76
• 4.4 小结76-77
• 5 总结与展望77-79
• 5.1 总结77
• 5.2 展望77-79
• 参考文献79-83
• 个人简历83-85
• 研究生期间所发表的论文85

【共引文献】

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本文编号：741293