光調(diào)制器是光子學(xué)和光電子學(xué)中一種必不可少的核心器件,被廣泛應(yīng)用于光互聯(lián)、生物、醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測和安全監(jiān)測等領(lǐng)域。由于現(xiàn)有技術(shù)和新興技術(shù)對高速、緊湊、寬帶的光調(diào)制器要求越來越高,因此高性能的光調(diào)制解決方案變得至關(guān)重要。最近出現(xiàn)的二維層狀材料石墨烯因?yàn)槠鋬?yōu)異的光電性能可以進(jìn)行光調(diào)制,這促使人們對其進(jìn)行了深入的研究并且取得了一定進(jìn)展。針對目前光調(diào)制技術(shù)中存在的不足和空缺,本論文主要研究了石墨烯與波導(dǎo)結(jié)合的光調(diào)制器和石墨烯在空間光場中的光調(diào)制,具體工作如下:（1）研究了石墨烯覆蓋微納光纖（GMF）波導(dǎo)在被動調(diào)Q和全光振幅調(diào)制方面的特性。首先,采用聚二甲基硅氧烷（PDMS）輔助轉(zhuǎn)移化學(xué)氣相沉積法生長的石墨烯薄膜至微納光纖的錐區(qū)。然后將GMF全光調(diào)制器作為可飽和吸收體置于1.5?m摻鉺光纖激光器中實(shí)現(xiàn)了被動調(diào)Q。最后,搭建了一套980 nm泵浦光調(diào)制1550 nm信號光的全光調(diào)制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了最高50 k Hz的調(diào)制速率和3.82 d B的調(diào)制深度。（2）研究了還原氧化石墨烯沉積D型光纖（RGODF）波導(dǎo)在全光振幅調(diào)制方面的特性。首先,利用一種方便且可控的倏逝場誘導(dǎo)沉積的方法將還原氧化石墨烯覆蓋在D型... 

【文章來源】：西北大學(xué)陜西省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：77 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

碳材料的不同微觀結(jié)構(gòu)[25]

第一章緒論5外，石墨烯還是世界上已知最薄且最堅(jiān)硬的納米材料。在單層石墨烯中，導(dǎo)帶和價帶在狄拉克點(diǎn)相遇，形成零帶隙能帶結(jié)構(gòu)[30]（圖2），在費(fèi)米面附近呈線性色散關(guān)系[31]，即22ffxyEkkk(1.1)其中，表示約化普朗克常量，f表示費(fèi)米能量，k為波矢。石墨烯中的電子表現(xiàn)為無質(zhì)量狄拉克費(fèi)米子，具有禁止的后向散射[32]，并且在室溫下表現(xiàn)出最高的遷移率。圖2單層石墨烯的能帶結(jié)構(gòu)圖[30]石墨烯獨(dú)特的線性能量-動量色散關(guān)系，使得它可以工作在從可見到紅外，甚至是太赫茲和微波區(qū)域的極寬光譜范圍內(nèi)。石墨烯對光的響應(yīng)，可以通過光電導(dǎo)常數(shù)來計(jì)算。當(dāng)石墨烯的化學(xué)勢較小或費(fèi)米面較低時，光電導(dǎo)常數(shù)被簡化為20e2(1.2)由此可見光電導(dǎo)常數(shù)是與光波頻率無關(guān)的常量。而該常量又與精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)有關(guān)，即2ehc(1.3)結(jié)合(1.2)、(1.3)式，我們發(fā)現(xiàn)單層本征石墨烯的透過率與光波頻率無關(guān)，是一個常量，20T12197.7%(1.4)當(dāng)石墨烯為N層時，該公式也依舊成立，其透過率與層數(shù)滿足，T1N(1.5)對于石墨烯在可見到紅外的均一吸收性，在實(shí)驗(yàn)上也得到了證實(shí)。如圖3所示，NairR.R.等人對石墨烯的光學(xué)透過率進(jìn)行了研究[33]，當(dāng)將單層、雙層石墨烯同時覆蓋在50m直徑的孔徑上時，通過與空氣中對比，發(fā)現(xiàn)單層石墨烯對垂直入射光的吸收率為2.3%（圖3(a)）；從圖3(b)中可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)層數(shù)增加至五層時，也符合均一

西北大學(xué)碩士學(xué)位論文6化的線性吸收。圖3石墨烯的光學(xué)透過率[33]。(a)50m孔徑的部分區(qū)域被單層以及雙層石墨烯覆蓋的光學(xué)圖像；(b)單層石墨烯的透射光譜（空心圓），插圖為白光透射率與石墨烯層數(shù)之間的函數(shù)石墨烯另一顯著的光學(xué)特性是由載流子的泡利不相容原理引起的可飽和吸收特性。2010年，SunZ.P.等人使用脈沖寬度為580fs的超快激光器測得在六個不同波長下透射率與平均泵浦功率的關(guān)系圖（圖4）[34]。在相對較低的平均輸入功率下，透過率系數(shù)幾乎與泵浦功率無關(guān)。然而，當(dāng)激光平均入射功率在中心波長1558nm處增加到5.35mW（對應(yīng)于266MW/cm2的功率密度）時，可飽和吸收性透過率增加了1.3%，當(dāng)然，如果持續(xù)增加泵浦功率，透過率的變化量也會相應(yīng)增加。圖4石墨烯材料的典型透射率與六個激發(fā)波長的平均泵浦功率之間的函數(shù)關(guān)系[34]為了更好的理解石墨烯可飽和吸收特性，需要從光生載流子的動態(tài)過程來分析。超快脈沖光的帶間躍遷會在價帶和導(dǎo)帶中產(chǎn)生非平衡載流子（圖5(a)）[10]，在時間分辨實(shí)驗(yàn)中，通常會看到兩個弛豫時間尺度：發(fā)生在較快的一個時間過程（1100fs的時間內(nèi)），通常與載流子之間的帶內(nèi)碰撞和聲子輻射有關(guān)；而2在皮秒的時間尺度上，屬于較慢的一個，對應(yīng)于載流子和熱聲子間的碰撞以及電子空穴復(fù)合的冷卻過

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]新結(jié)構(gòu)D形光纖消逝場傳感器[J]. 莊須葉,吳一輝,王淑榮,宣明.  光學(xué)精密工程. 2008(10)
[2]高斯光束通過非線性介質(zhì)后的遠(yuǎn)場衍射圖樣的研究[J]. 何坤娜,鄧羅根.  強(qiáng)激光與粒子束. 2003(10)

博士論文
[1]石墨烯復(fù)合微納光纖全光調(diào)制技術(shù)[D]. 虞紹良.浙江大學(xué) 2017
[2]微納光纖制備及其全光調(diào)制器件研究[D]. 于洋.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2014



本文編號：3365913