【摘要】：隨著信息時代的迅速發(fā)展,人們對于通信帶寬和速度的要求越來越高。通信容量的增加對光通信系統(tǒng)中各器件的性能提出了更高的要求。光調(diào)制器是光通信系統(tǒng)中必不可少的器件之一,研究出大消光比,寬帶寬的新型電光調(diào)制器至關(guān)重要。石墨烯具有飽和吸收、超高的載流子遷移率以及超寬的光譜吸收范圍等卓越特性,采用石墨烯作為調(diào)制器的電光材料,有利于提高調(diào)制器的速率及調(diào)制深度。D型光纖因纖芯距離外界表面較近,光纖表面具有較強的倏逝場,在D型光纖表面涂覆電光材料時,電光材料可與光進行充分作用,從而大幅度提高調(diào)制器的調(diào)制效率。與普通D型石墨烯電光調(diào)制器相比,級聯(lián)結(jié)構(gòu)的電光調(diào)制器,參數(shù)靈活可調(diào),本文結(jié)合D型光纖和石墨烯的優(yōu)勢,利用D型光纖的倏逝場特性,提出了一種基于級聯(lián)結(jié)構(gòu)的D型光纖的石墨烯高速電光調(diào)制器并研究基本特性。本文主要研究內(nèi)容如下:(1)針對石墨烯特殊的電光特性,根據(jù)庫伯公式對石墨烯的電導(dǎo)率、介電常數(shù)、折射率進行了公式推導(dǎo),并分別對石墨烯的電導(dǎo)率、介電常數(shù)、折射率及外加電壓與其化學(xué)勢的關(guān)系進行了研究。(2)對基于D型光纖的單層石墨烯電光調(diào)制器進行了分析。首先,對調(diào)制器的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化,研究表明選取剩余包層厚度為0.5μm,纖芯半徑為3μm,纖芯包層折射率差選擇為0.004時,調(diào)制器有較好的性能。其次,通過改變石墨烯的化學(xué)勢,對調(diào)制原理進行了驗證。最后,對調(diào)制器的調(diào)制性能進行了分析,計算該單層石墨烯電光調(diào)制器的消光比為6.56dB,調(diào)制深度為0.033dB/μm。(3)提出了一種基于級聯(lián)D型光纖的石墨烯電光調(diào)制器,有效克服單層石墨烯電光調(diào)制器調(diào)制深度低的問題。首先,對調(diào)制器的結(jié)構(gòu)進行了驗證,當(dāng)D型光纖表面涂覆雙層石墨烯時,器件消光比為18dB,調(diào)制深度為0.09dB/μm,3dB帶寬為18GHz。其次,分析了基于級聯(lián)結(jié)構(gòu)的D型光纖的石墨烯電光調(diào)制器性能,研究了兩段光纖中的石墨烯在不同化學(xué)勢下以及涂覆層數(shù)不同時,電光調(diào)制器的基本特性。得出當(dāng)最大調(diào)制深度為0.23dB/μm時,所需最大驅(qū)動電壓分別為0.862V、0.942V。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN761
【圖文】：

臂的外加電壓不一樣時，兩臂波導(dǎo)的折射率會發(fā)生改變，從而導(dǎo)致在兩臂傳輸?shù)腻义瞎庑盘柕南辔徊煌�。再�?jīng)Ｍ－Ｚ的輸出端合為一束光輸出，因相位差的不同，兩個逡逑支路的光在合為一路傳輸時進行相長或者相消，從而實現(xiàn)強度的調(diào)制。如圖１－１逡逑是一種采用Ｍ－Ｚ結(jié)構(gòu)的鈮酸鋰電光調(diào)制器，在１５５０ｎｍ波長下，實現(xiàn)了半波電壓逡逑為５．１Ｖ時１００ＧＨｚ的調(diào)制帶寬［７］。但是，鈮酸鋰材料具有比較大的介電常數(shù)，這逡逑會導(dǎo)致調(diào)制器的調(diào)制帶寬和調(diào)制速率受到比較大的影響，其次鈮酸鋰這種材料制逡逑作調(diào)制器，其電光系數(shù)特性導(dǎo)致需要較高的驅(qū)動電壓，造價昂貴，另外這種調(diào)制逡逑器由于體積比較大不利于集成。這些缺點使得鈮酸鋰調(diào)制器發(fā)展比較緩慢。逡逑＿１￣１＿逡逑Ｖ（ｔ）邐電極邐波導(dǎo)逡逑邐？邐／邐／逡逑ｉｉＮｂＯ，邋基底邐，／逡逑圖Ｍ基于Ｍ－Ｚ結(jié)構(gòu)的鈮酸鋰電光調(diào)制器逡逑Ｆｉｇ．邋１邋－１邋ＬｉＮｂ０３邋ｏｐｔｉｃａｌ邋ｍｏｄｕｌａｔｏｒ邋ｂａｓｅｄ邋ｏｎ邋Ｍａｃｈ－Ｚｅｈｎｄｅｒ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ逡逑有機聚合物電光調(diào)制器利用聚合物的電光效應(yīng)來進行光載波的調(diào)制。相對于逡逑采用無機材料具有很多優(yōu)勢，例如電光系數(shù)大，有利于降低半波電壓；介電系數(shù)逡逑較低且無彌散

纖中傳輸?shù)哪芰繉ν饨缱兓幻舾�，要想使光纖中傳輸?shù)墓鈱ν饨绛h(huán)境變化敏感，逡逑需要使光場泄露到光纖的表面。Ｄ型光纖是通過外力加工將普通光纖一側(cè)包層去逡逑掉一部分，使光纖橫截面呈Ｄ型的一種波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其橫截面如圖１－５所示。逡逑圖１－５邋Ｄ型光纖截面逡逑Ｆｉｇ．邋１－５邋Ｃｒｏｓｓ邋ｓｅｃｔｉｏｎ邋ｏｆ邋Ｄ－ｓｈａｐｅ邋ｆｉｂｅｒ逡逑目前特殊光纖結(jié)構(gòu)的加工方法日趨成熟，實驗室主要采用機械研磨法、化學(xué)逡逑腐蝕法等制作Ｄ型光纖。化學(xué)腐蝕法是通過化學(xué)制劑對包層腐蝕，但這種方法制逡逑作出的Ｄ型光纖表面較粗糙不夠平整。最常見的制作方法是機械研磨法，通過利逡逑用精度可控的研磨裝置制備Ｄ型光纖，其優(yōu)點是制作出的Ｄ型光纖表面較平整，逡逑且質(zhì)量較高。下面介紹兩種Ｄ型光纖的制作方法。逡逑首先介紹利用輪式拋磨法制作Ｄ型光纖，其優(yōu)點在于工藝簡單，且拋磨后Ｄ逡逑型光纖表面平坦，可多面拋磨，利于批量生產(chǎn)。拋磨的方法是將光纖懸空架在光逡逑纖固定架上，兩邊分別用光纖夾具將光纖固定，在另一端放置重力錘，同時可以逡逑通過調(diào)整重力錘改變砂輪和光纖的作用力［１

【參考文獻】

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本文編號：2725793