【摘 要】
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在基站中,信号的下行传输过程为:首先将光信号转换成电信号,再将电信号转换成无线信号。电信号的参与不仅使信号的传输变得复杂,需要复杂且高成本的信号处理设备,而且由于电子器件本身的限制,很难实现高速传输。为了降低基站建设成本,本文提出了一种基于微纳结构增强的石墨烯微波调制天线方案,该方案不需要将光信号转换成电信号,而是直接用光信号调制微波信号。没有了中间电信号的参与,信号处理电路变得简单,且石墨烯的超
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在基站中,信号的下行传输过程为:首先将光信号转换成电信号,再将电信号转换成无线信号。电信号的参与不仅使信号的传输变得复杂,需要复杂且高成本的信号处理设备,而且由于电子器件本身的限制,很难实现高速传输。为了降低基站建设成本,本文提出了一种基于微纳结构增强的石墨烯微波调制天线方案,该方案不需要将光信号转换成电信号,而是直接用光信号调制微波信号。没有了中间电信号的参与,信号处理电路变得简单,且石墨烯的超高载流子迁移速率和极短的弛豫时间,可以实现信号高速传输。石墨烯作为新兴的二维材料备受关注,其独特的光电特性使其成为了调制器件的宠儿,也是本文中实现光信号直接调制微波信号的关键材料。但由于石墨烯较低光学的响应,限制了石墨烯天线的调制能力。因此利用金属微纳结构的局域场增强效应来增强其与光的相互作用,以提高石墨烯天线的调制能力。并通过仿真模拟和实验相结合,验证了光调制微波理论和微纳结构的增强作用,得到了光调制微波器件。该方案为微波调制器件的研究提供了新的思路。本文的主要研究内容和结论如下:（1）通过现有的研究,分析石墨烯天线实现光调制微波的原理以及金属微纳结构对石墨烯光学响应的增强原理,并建立理论模型。得出结论:石墨烯可通过光掺杂的方式调控石墨烯的费米能级,而石墨烯的费米能级又影响其电导率,电导率的改变会影响石墨烯的天线的辐射性能;通过金属微纳结构增强局域场,以提高石墨烯的光吸收系数,从而提高石墨烯天线的调制深度。（2）根据理论模型,设计了几种石墨烯天线结构,并用电磁仿真软件进行了仿真模拟。通过改变石墨烯费米能级研究石墨烯天线的辐射性能。再利用软件对金属微纳结构的增强能力进行了设计和仿真模拟。并分析了金属微纳结构的形状、尺寸对石墨烯光吸收率的影响。然后采用光刻技术、湿法刻蚀、自然沉积等方法,完成对所设计的石墨烯天线与微纳结构进行加工制备,最后对加工好的器件进行测试与结果分析。（3）本文研究了两种波长的光信号的调制:在0到36.4 m W的532 nm光源下,哑铃型石墨烯天线在引入金属微纳结构后,最大约有1.8d B的调制深度,比没有金属微纳结构增强的情况下,增加了1.6 d B;在0到29.4 m W的1550 nm光源下,引入金属微纳结构的类椭圆形石墨烯天线具有大约1 d B的调制深度,比没有金属微纳结构增强的情况下,增加了0.6 d B。从上述测试结果来看,一是石墨烯天线可以实现光信号到微波信号的直接转换,不需要电信号作为中间过程;二是金属微纳结构可以增强石墨烯天线的调制深度。
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