高速發(fā)展的信息化進(jìn)程,導(dǎo)致了需要傳遞和處理的信息量日益呈爆炸性增長,以光纖通信網(wǎng)絡(luò)為主的信息網(wǎng)絡(luò)面臨巨大挑戰(zhàn)。因?yàn)楣庹{(diào)制器是實(shí)現(xiàn)將電信號調(diào)制到光載波上的關(guān)鍵性器件,所以飛速發(fā)展的光纖通信網(wǎng)絡(luò)對光調(diào)制器性能方面提出了更高的要求,如更高調(diào)制速率、更小體積、更低功耗和可集成等。然而現(xiàn)有基于傳統(tǒng)電光材料的光調(diào)制器因自身材料的限制,已無法滿足這些需求。石墨烯是一種蜂窩形的二維六方碳結(jié)構(gòu)的新型材料,在室溫下具有超高速的電子遷移速度、優(yōu)良的電光學(xué)特性、并且與CMOS工藝兼容,將石墨烯應(yīng)用在光調(diào)制器中有望使光調(diào)制器在帶寬、尺寸、功耗、集成度等方面都能展現(xiàn)出顯著的改進(jìn),已成為了國內(nèi)外研究的新興熱點(diǎn)。本論文主要研究了石墨烯的電光調(diào)制特性及基于石墨烯的電光調(diào)制器。論文對石墨烯電光特性建立數(shù)值模型,將石墨烯與硅光波導(dǎo)結(jié)合,設(shè)計(jì)了幾種基于石墨烯的光調(diào)制器的新型結(jié)構(gòu),研究了納米加工工藝流程及其相關(guān)的光掩膜版圖設(shè)計(jì),掌握了石墨烯材料的準(zhǔn)備和轉(zhuǎn)移技術(shù),完成了集總型光調(diào)制器和行波型光調(diào)制器的制備。具體研究工作如下:1.綜述了石墨烯材料的制備方法、石墨烯材料的表征技術(shù)和光波導(dǎo)設(shè)計(jì)分析的方法。常用石墨烯制備的主要方法包括機(jī)... 

【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：147 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

基于LiNbO3材料的M-Z光調(diào)制器工作原理示意圖

結(jié)構(gòu)如圖 1-2(a)和圖1-2(b)所示[44]。其中，脊形 Si 波導(dǎo)寬為 600 nm，厚度為 250 nm，調(diào)制區(qū)域?yàn)?25 μm2，圖 1-2 首次在實(shí)驗(yàn)室制備出的吸收型石墨烯光調(diào)制器[44]。(a)石墨烯光波導(dǎo)橫截面示意圖；(b)石墨烯光調(diào)制器三維結(jié)構(gòu)示意圖；(c)石墨烯隨著外加偏置電壓的光吸收原理示意圖；(d)石墨烯光調(diào)制器的頻率響應(yīng)曲線

在脊形波導(dǎo)的一側(cè)，有 50 nm 厚度的摻雜 Si 坯層從脊形波導(dǎo)延伸出來連接金屬電極作為接地電極，轉(zhuǎn)移石墨烯覆蓋在脊形波導(dǎo)的上表面，中間用 7 nm 厚的氧化鋁隔離開來，并在脊形波導(dǎo)的另一側(cè)延伸出來接金屬電極，多余部分的石墨烯可用氧化等離子體刻蝕去除。避免電極處電場對波導(dǎo)光信號的影響，金屬電極距離脊形 Si 波導(dǎo) 500 nm。通過外加偏壓調(diào)控石墨烯材料的費(fèi)米能級，以改變光波導(dǎo)靠近石墨烯層消逝場的光吸收，從而實(shí)現(xiàn)電致光吸收調(diào)制。如圖 1-2(c)所示，只有當(dāng)外加偏置電壓調(diào)控石墨烯的費(fèi)米能級在|μc| < /2 時(shí)石墨烯才表現(xiàn)出較強(qiáng)的光吸收，而在|μc| > /2 時(shí)幾乎對光是透明的，從而通過外加偏置電壓可以控制光調(diào)制器的“關(guān)”和“開”。這樣結(jié)構(gòu)的石墨烯光調(diào)制器工作在 1.35~1.60 μm 波長范圍內(nèi)的調(diào)制深度可以達(dá)到 0.1 dB/μm，但 3 dB 調(diào)制帶寬只有 1 GHz，如圖 1-2(d)所示。2012 年張翔課題組科學(xué)家又提出基于雙層石墨烯的吸收型光調(diào)制器結(jié)構(gòu)[49]，如圖 1-3(a)所示，直接利用兩層石墨烯分別與金屬電極相連接，兩層石墨烯用較薄的氧化鋁絕緣材料隔離開來。這種結(jié)構(gòu)減小了插入損耗，提高了調(diào)制深度(0.1dB/μm)，但其 3dB 調(diào)制帶寬并未得到很大的改善，只有 1.2 GHz，如圖 1-3(b)所示

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]云計(jì)算數(shù)據(jù)中心光互連網(wǎng)絡(luò):研究現(xiàn)狀與趨勢[J]. 余曉杉,王琨,顧華璽,王曦.  計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào). 2015(10)
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[3]基于LiNbO3調(diào)制器的40GHz寬帶調(diào)制光源的設(shè)計(jì)[J]. 祝寧華,黃亨沛,謝亮,劉宇,曾雄文.  半導(dǎo)體學(xué)報(bào). 2006(12)
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碩士論文
[1]電光調(diào)制器行波電極系統(tǒng)及器件測試分析[D]. 朱桂華.吉林大學(xué) 2008
[2]聚合物電光調(diào)制器行波電極系統(tǒng)研究[D]. 鹿飛.清華大學(xué) 2004



本文編號：3593623