基于石墨烯-硅混合波导Mach-Zehnder结构电光逻辑器件研究

发布时间：2022-02-27 08:18

　　随着集成电路集成度的提升,工艺制程逐渐接近物理极限。为了解决随之而来的电互连功耗、延时、带宽等问题,光互连应运而生。光逻辑器件作为光互连的关键器件之一,而如何实现高速、高消光比、低能耗、可集成的光逻辑器件成为了关键问题。本文围绕着石墨烯-硅混合波导,并结合2×2 Mach-Zehnder干涉结构和多模干涉耦合器,研究三种具有不同逻辑功能基于石墨烯-硅混合波导Mach-Zehnder结构的电光逻辑器件。其主要研究内容如下:1、基于石墨烯-硅混合波导Mach-Zehnder结构的电光半加器设计:提出石墨烯-二氧化铪-石墨烯-硅波导结构,通过改变石墨烯的化学势,实现基于石墨烯-二氧化铪-石墨烯-硅波导结构的MachZehnder光开关的高速切换,并利用基于石墨烯-二氧化铪-石墨烯-硅波导结构的Mach-Zehnder光开关相级联,实现半加器的逻辑功能。所设计的光开关在波长1520nm至1600nm范围内,光开关的串扰小于-21.57d B,插入损耗小于0.109d B。而所设计电光半加器的最差消光比为41.05d B。2、基于石墨烯-硅混合波导Mach-Zehnder结构的电光三人表决器设计... 

【文章来源】：宁波大学浙江省

【文章页数】：64 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
引言
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 内容安排
2 基于石墨烯-硅混合波导Mach-Zehnder光开关的理论基础
    2.1 光学结构
        2.1.1 2 ×2 多模干涉耦合器的基本原理
        2.1.2 2 ×2 马赫-曾德尔光开关的基本原理
    2.2 石墨烯的理论模型分析
        2.2.1 石墨烯的能带结构
        2.2.2 石墨烯的光电特性
    2.3 石墨烯-硅混合波导结构分析
        2.3.1 石墨烯层数对石墨烯-硅混合波导等效折射率的影响
        2.3.2 介质层对石墨烯-硅混合波导等效折射率的影响
    2.4 本章小结
3 基于石墨烯-硅混合波导Mach-Zehnder结构的电光半加器设计
    3.1 结构设计
    3.2 工作原理
    3.3 仿真结果与分析
    3.4 本章小结
4 基于石墨烯-硅混合波导Mach-Zehnder结构的电光三人表决器设计
    4.1 结构设计
    4.2 工作原理
    4.3 仿真结果与分析
    4.4 本章小结
5 基于石墨烯-硅混合波导Mach-Zehnder结构的电光Toffoli门设计
    5.1 结构设计
    5.2 工作原理
    5.3 仿真结果与分析
    5.4 本章小结
6 总结与展望
    6.1 工作总结
    6.2 未来工作展望
参考文献
在学研究成果
致谢
Abstract of Thesis
论文摘要


【参考文献】：
期刊论文
[1]一种新型超低片内反射的光子晶体MMI光功分器[J]. 于兵,张龙华,陈晓晔,杨斐,孙小菡,葛俊祥.  光电子技术. 2015(03)
[2]基于MZI结构和级联SOA的宽相位容限全光异或门[J]. 徐敬亚,吕东,李梦雪,张雅丽.  光电子·激光. 2015(02)
[3]基于Mach-Zehnder结构微环谐振腔全光逻辑门的研究[J]. 高磊,王涛.  激光技术. 2014(05)



本文编号：3645140