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光通信技术是现代信息技术的重要支撑。在光通信技术中,研制出更高性能的电光调制器具有重要意义。近年来,基于石墨烯的硅基电光调制器已成功制备并得到了深入研究。然而在这类器件中,石墨烯和光的相互作用不够强烈,导致器件尺寸大,调制效率低。为了解决这些问题,本论文提出了一种基于石墨烯的圆孔型亚波长电光调制器,可以极大地改善器件调制性能。本论文主要研究工作归纳如下:
(1)通过对石墨烯基本性质的研究建立了石墨烯外加电压调制模型,并对传统石墨烯调制器进行了理论分析。基于传统石墨烯调制器存在的缺陷,提出了石墨烯-圆孔型亚波长波导复合结构的理论模型,该结构可以减弱波导对光场的限制,从而极大增强石墨烯与光之间的相互作用。
(2)基于所建立的理论模型提出了石墨烯电光调制器调制性能的优化方法。相比于最近报道的石墨烯吸收调制器0.025dB/的调制效率以及石墨烯相位调制器2.8V·mm的调制效率,基于石墨烯的亚波长电光调制器的调制效率分别可达到0.272dB/以及0.43V·mm,器件性能得到了大幅提升,同时尺寸也进一步缩小,有利于器件向小型化、高效率方向发展。
(3)研究设计了石墨烯亚波长电光调制器的工艺制备流程,使用L-edit软件完成了版图绘制,按照工艺流程的具体步骤完成了所设计器件的制备工作。针对所制备的器件搭建了测试系统,对器件进行了性能测试以及分析,并基于工艺流程以及最终测试结果,给出了未来基于石墨烯的亚波长硅基电光调制器实验制备工作的改进思路和建议。
(1)通过对石墨烯基本性质的研究建立了石墨烯外加电压调制模型,并对传统石墨烯调制器进行了理论分析。基于传统石墨烯调制器存在的缺陷,提出了石墨烯-圆孔型亚波长波导复合结构的理论模型,该结构可以减弱波导对光场的限制,从而极大增强石墨烯与光之间的相互作用。
(2)基于所建立的理论模型提出了石墨烯电光调制器调制性能的优化方法。相比于最近报道的石墨烯吸收调制器0.025dB/的调制效率以及石墨烯相位调制器2.8V·mm的调制效率,基于石墨烯的亚波长电光调制器的调制效率分别可达到0.272dB/以及0.43V·mm,器件性能得到了大幅提升,同时尺寸也进一步缩小,有利于器件向小型化、高效率方向发展。
(3)研究设计了石墨烯亚波长电光调制器的工艺制备流程,使用L-edit软件完成了版图绘制,按照工艺流程的具体步骤完成了所设计器件的制备工作。针对所制备的器件搭建了测试系统,对器件进行了性能测试以及分析,并基于工艺流程以及最终测试结果,给出了未来基于石墨烯的亚波长硅基电光调制器实验制备工作的改进思路和建议。