当今时代是一个信息大爆炸的时代,时代主题之一就是“信息”,所以人们对信息的传输速率、通信容量有着越来越高的要求。光通信就是在这样的大背景下诞生的,经过多年的发展,光通信传输速率越来越快、通信容量越来越大,但是损耗和色散仍然是制约光通信发展的难题。相位敏感光参量放大器(Phase-sensitive amplifier,PSA)可以直接对信号中同相的分量进行放大而衰减其正交分量,解决了光通信中的能量损耗问题,并能够对色散进行补偿,有效地提高了光信号的传输距离。PSA依据其物理过程的不同,可以分为基于三波混频(Three-Wavemixing,TWM)的PSA和基于四波混频(Four-Wave mixing,FWM)的PSA。在其中,基于FWM的PSA由于具有多种变化形式且在大多数介质都易于观测,被广泛的研究和应用,同时促进了光通信的发展。硅基波导具有良好的模场限制功能、极高的非线性折射率和极低的传输损耗,并且具有很强的兼容性,能与各种新型材料组合,是组建PSA时最常用的材料。本文的主要研究工作是设计了一个具有高非线性、低双光子吸收的波导结构,在该结构中引入了石墨烯,通过改变石墨烯的化学势来调节该波导的色散特性。同时基于该波导设计了一个双泵浦简并PSA,对不同的泵浦功率下PSA的特性进行了探究。本文的主要内容如下:1.综述了光通信的发展历史和PSA对光通信发展的促进作用,介绍了相位敏感放大的不同种类,分析了 PSA在光孤子通信和高级调制信号相位再生中发挥的作用。2.介绍了硅基波导的性质和几种常见的衍生结构,简要分析了相位匹配对PSA的影响,介绍了几种基于三阶非线性极化率的非线性效应,推导了波导中的光波的传输方程。3.介绍了波导中材料色散与结构色散的管理方法,并给出了几种常用材料的色散方程。对硅基波导的模场和色散进行分析和计算,并探究了 SOI(Silicon-On-Insulator)波导的相位敏感放大性能和相位再生能力。4.设计了一种含有石墨烯、硅、二氧化硅和对甲苯磺酸盐(para-toluene sulfonate,PTS)的有机混合波导。计算了不同化学势下石墨烯折射率随波长变化的趋势,探究了不同化学势下石墨烯的折射率的变化对该波导色散特性的影响。探究不同的结构参数对该有机混合波导色散性能的影响。5.基于上一章的波导结构设计PSA,将计算得到的各项参数代入修正后的非线性薛定谔方程中,探究该结构的相位敏感放大性能。在不同传输长度下,探究波导中的信号和泵浦之间的能量转换关系,得到波导相位匹配的相干长度。在不同泵浦功率下,探究信号的增益和输出相位随输入相位变化的趋势,分析该PSA的增益特性和相位再生性能。然后,分别针对大信号模型和小信号模型对该PSA的增益和相位再生性能进行探究。