【摘要】：高速、寬帶、緊湊的光調(diào)制器是十分重要的光通信系統(tǒng)器件,石墨烯具備的費(fèi)米能級(jí)可調(diào)、超高載流子遷移率以及超高熱導(dǎo)率等特性,使其與光波導(dǎo)結(jié)合的調(diào)制器滿足寬帶寬、超快調(diào)制、高集成度、低調(diào)制功耗等需求。氮化硅波導(dǎo)與硅波導(dǎo)相比,具有傳輸損耗小、非線性損耗低、制備工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。本論文以基于雙條形氮化硅光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的石墨烯電光調(diào)制器、TM-Pass偏振器和基于氮化硅微環(huán)諧振器結(jié)構(gòu)的石墨烯熱光調(diào)制器作為研究對(duì)象,重點(diǎn)研究了器件的調(diào)制原理、結(jié)構(gòu)仿真設(shè)計(jì)和性能分析。本文首先通過(guò)有限元算法對(duì)基于雙條形氮化硅波導(dǎo)的四層石墨烯電吸收光調(diào)制器進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化,得益于石墨烯層之間的共電極設(shè)計(jì),器件的總電阻降低了50%。結(jié)果表明所提出的石墨烯調(diào)制器實(shí)現(xiàn)了在1550nm波長(zhǎng)下3dB調(diào)制的有源長(zhǎng)度為18.09μm,調(diào)制器的消光比和品質(zhì)因數(shù)分別達(dá)到0.1658dB/μm和9.7,調(diào)制帶寬高達(dá)30.6GHz,并且調(diào)制開(kāi)關(guān)電壓范圍只有ΔV=3.8180V和能量消耗為780.50fJ/bit。利用該四層石墨烯/雙條形氮化硅波導(dǎo)混合結(jié)構(gòu)對(duì)TE模式吸收強(qiáng),TM模式吸收弱的傳輸特性,該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)還可作為低損耗和寬帶TM-Pass偏振器。當(dāng)偏振器的長(zhǎng)度為200μm時(shí),TE模式的插入損耗可達(dá)39.2dB,TM模式的插入損耗只有0.8dB,從而使得偏振器的消光比ER高達(dá)38.4dB。另外,該偏振器也可實(shí)現(xiàn)在1520-1720nm寬帶波長(zhǎng)范圍內(nèi)高于33.8dB的消光比和低于0.87dB的插入損耗。最后設(shè)計(jì)了易于制備的單層石墨烯氮化硅微環(huán)熱光調(diào)制器,數(shù)值仿真得到該調(diào)制器的消光比達(dá)到40dB,半高全寬(FWHM)為0.33nm,上升和下降響應(yīng)時(shí)間分別為17.8μs和18.3μs。同時(shí),對(duì)石墨烯的轉(zhuǎn)移進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)探究和表征,并初步實(shí)驗(yàn)制備器件。通過(guò)以上研究,對(duì)氮化硅波導(dǎo)平臺(tái)上的低損耗緊湊高速調(diào)制器和寬帶偏振器進(jìn)行了補(bǔ)充。同時(shí),提出的石墨烯氮化硅微環(huán)熱光調(diào)制器具有良好的調(diào)諧性能和可行性。
【圖文】：

[22]，該調(diào)制器的三維結(jié)構(gòu)和波導(dǎo)中傳輸?shù)墓鈭?chǎng)分布如圖 1.1 所示。圖1.1 單層石墨烯調(diào)制器的三維結(jié)構(gòu)圖和波導(dǎo)中光場(chǎng)分布圖該調(diào)制器在入射光為 1.53μm 時(shí)，調(diào)制深度 0.1dB/μm，，器件 3dB 調(diào)制帶寬最大為1.2GHz，調(diào)制光帶寬范圍為 1.35μm-1.6μm，器件僅有 25μm2，工作電壓范圍：-4V-4V。但是由于該調(diào)制器只有一層石墨烯對(duì)光吸收調(diào)制，以及器件中使用硅波導(dǎo)同時(shí)作為調(diào)制器的接入負(fù)極，導(dǎo)致該調(diào)制器的插入損耗較大，實(shí)現(xiàn)消光比效果不佳。2012 年

其結(jié)構(gòu)如圖 1.2 所示。與單層的石墨烯調(diào)制器相比，該雙層石墨烯調(diào)制器在調(diào)制效率、消光比和調(diào)制深度等方面得到了改善。圖1.2 雙層石墨烯調(diào)制器的橫截面圖和三維結(jié)構(gòu)圖
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN929.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2613733