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在光纤通信系统和片上集成系统中,电光调制器是光电系统的核心器件,它决定和制约着光信号在光电系统中的传输速率,其性能对现代光通信系统的发展具有重要意义。近年来,二维材料石墨烯越来越受到人们的关注,这是由于石墨烯不但有出色的可调光学特性,还与CMOS工艺相兼容,因此基于石墨烯材料的调制器逐渐成为未来电光调制器发展的重要方向之一。但是,由于衍射极限的影响,光场与石墨烯单原子厚度之间存在着严重的尺度不匹配,’导致’光不能完全耦合进入石墨烯,造成光与石墨烯的相互作用偏弱,调制效率低,器件尺寸大等问题。针对这一核心问题,本文提出利用表面等离激元的亚波长限制能力和光场增强机理,来提升调制器的性能。本人在硕士阶段的创新工作分为以下三个部分:1.针对介质波导模式存在的衍射极限的问题,本文通过理论研究揭示了表面等离激元的存在机理、色散关系和场局域特性等性质。分析发现表面等离激元在光频段能够很好地束缚在金属表面,突破衍射极限,实现场的亚波长限制。同时还构建了石墨烯介电常数的色散模型和电压调控方法。这些研究为设计基于等离子波导的石墨烯调制器提供了理论支撑。2.针对石墨烯硅基调制器调制效率低的问题,本文提出了基于对角等离子波导的石墨烯调制器。由于对角等离激元在横向和纵向上都实现了深亚波长限制,极大地增强了光场与石墨烯之间的相互作用,调制器的调制效率为1.58dB/μm,插入损耗为0.2dB/μm。调制效率比石墨烯硅基调制器大了一个数量级。3.针对等离子调制器存在着损耗大的问题,本文基于混合等离激元(HSPP)提出了“介质-金属-介质(IMI)”和“金属-介质-金属(MIM)”两种双缝结构的石墨烯调制器。所设计的HSPP石墨烯调制器有效地降低了损耗,同时有着较高的调制效率。其中MIM-HSPP的调制效率为0.81 dB/μm,单位长度的插入损耗为0.08 dB/μm,小于现有等离子石墨烯调制器的损耗(～0.4dB/μm)。