本文選題：硅光子學　切入點：石墨烯　出處：《浙江大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：硅光子學是下一代高速低功耗芯片技術(shù)極有前景的解決方案,然而因其實現(xiàn)全硅有源光器件的困難性,硅光子學常常需要其他材料加以輔助。石墨烯恰好是這樣一種理想的CMOS兼容光電功能材料�？紤]到石墨烯的二維特性,將其與硅光子器件相集成增加光與石墨烯的相互作用也有其必要性。因此,對石墨烯-硅混合納米光子集成波導及器件的理論與實驗研究具有重要意義。對石墨烯光電導率模型的研究直接導致了其在光調(diào)制器、光電探測器、表面等離子體光子學等領域的應用。人們對石墨烯與半導體尤其是硅的接觸特性的研究大多局限于電學以及空間光的角度。本論文發(fā)現(xiàn)了石墨烯-硅混合納米光子集成波導中的一種超低閾值(～0.1 mW)、偏振相關的石墨烯與硅接觸導致的光致誘導透明效應,這種效應使得集成光路的全光、低功率、寬帶、遠程與本地調(diào)制、傳感、開關成為可能。反射式波導集成石墨烯光電探測器縮短了吸收區(qū)的長度,在一定程度上解決了石墨烯波導集成造成器件長度過長導致工作速度受限的問題,有望實現(xiàn)高速工作。由于具有非對稱金屬結(jié)構(gòu),該器件已實現(xiàn)了寬帶零偏壓下工作,1,550nm處零偏壓響應度高達～0.2 mAW-。石墨烯表面等離子體波導可以進一步提高集成光路的集成度及光與石墨烯的的相互作用。具有槽形硅襯底的可調(diào)石墨烯-硅混合納米表面等離子體波導,由于其不需要對石墨烯進行圖形化,因而避免了許多有害的邊緣效應。該波導具有限制能力強、損耗相對較低、群速度低等特性,還能夠?qū)崿F(xiàn)寬中紅外頻段(30 THz～45 THz)的低偏壓相位調(diào)制和強度調(diào)制,用于超小型的寬帶光強度調(diào)制器和光開關。強的光物質(zhì)相互作用及可調(diào)慢光特性在許多應用比如非線性中都受到關注。
[Abstract]:Silicon photonics is a promising solution for the next generation of high speed and low power chip technology. However, it is difficult to realize all silicon active optical devices. Silicon-photonics often requires assistance from other materials. Graphene is such an ideal optoelectronic material for CMOS compatibility. Considering the two-dimensional properties of graphene, It is also necessary to integrate it with silicon photonic devices to increase the interaction between light and graphene. It is of great significance for the theoretical and experimental study of graphene / silicon nanostructured photonic integrated waveguides and devices. The study of the photoconductivity model of graphene directly leads to its applications in photomodulators, photodetectors, photodetectors, photodetectors, photodetectors, photodetectors, photodetectors, photodetectors, and photodetectors. Applications of surface plasma photonics. The contact characteristics of graphene with semiconductors, especially silicon, are mostly confined to the angle of electricity and space light. An ultra-low threshold value of 0.1 MW ~ (-1) in an integrated waveguide, a photoinduced transparency effect caused by the contact of polarization-dependent graphene with silicon. This effect makes it possible to integrate all-optical, low-power, wideband, remote and local modulation, sensing and switching. To some extent, the problem that the length of the device is too long and the working speed is limited due to the integration of graphene waveguide is solved, which is expected to realize high speed operation. The device has achieved a zero bias responsivity up to 0.2 mAW- at 1 ~ 550nm at wideband zero bias voltage. The graphene surface plasma waveguide can further improve the integration of the integrated optical path and the interaction between light and graphene. Tunable graphene / silicon nanocomposite surface plasma waveguides on silicon substrates, Since graphene does not need to be graphed, many harmful edge effects are avoided. The waveguide has the characteristics of strong limiting ability, relatively low loss, low group velocity, etc. It can also realize low bias phase modulation and intensity modulation of 30 THz~45 THZ in wide and middle infrared band. For ultra-small broadband light intensity modulators and optical switches. Strong optical matter interactions and adjustable slow-light characteristics have attracted attention in many applications such as nonlinearity.
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN256

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