光学双稳态是非线性光学领域中一个非常重要的研究方向,它是光束通过某个光学系统后光强发生一种非线性变化的光学现象,以输入-输出光强特性曲线具有类磁滞回线为最主要的特征。可以将这一特征用来制作具有光开关、光存储、光限幅、光逻辑等功能的光学器件,特点是功耗低、开关响应时间短、不受射频干扰,在光信息处理和光通信方面有着十分重要的应用价值。石墨烯是一种新型二维材料,已经显露出丰富的新物理特性和巨大的应用潜力,为进军新的低维度物理学和实际应用提供了肥沃的土壤。本论文基于石墨烯优越的光电可调控特性,研究石墨烯的可调控光学双稳态现象,分别利用一维光子晶体、改进的法布里珀罗腔以及改进的Otto结构,实现光学双稳态。主要研究内容如下:1.将石墨烯薄膜贴附在非线性缺陷层的两侧,揭示了少数层石墨烯对一维光子晶体非线性效应的影响规律。研究发现,尽管石墨烯薄膜厚度很小,但是它们却可以显著地改变结构的非线性透射响应,包括光学双稳态阈值、光学双稳态作用区间宽度以及非线性横向位移等。其中,光学双稳态阈值会随着石墨烯费米能级以及石墨烯薄膜层数的增大而增大。此外,除了石墨烯本身的参数外,入射光的入射角度对光学双稳态阈值和光学双稳态作用区间宽度也有影响。2.研究了内有非线性石墨烯薄膜的改进法布里珀罗腔中的可调控太赫兹波光学双稳态现象,发现采用法布里珀罗腔会显著地降低触发光学双稳态的阈值,在法布里珀罗腔内加入石墨烯薄膜后可增大并调控磁滞回线响应。通过外加电压,石墨烯载流子密度的灵活电学或化学可调性是增大并调整磁滞回线效应的主要原因。进一步研究发现,透镜透射率、腔长、法布里珀罗腔内石墨烯的位置和石墨烯弛豫时间等都能动态的影响光学双稳态。3.研究了一个在非线性电子介质衬底上覆盖石墨烯薄膜的改进Otto结构中的光学磁滞回线响应现象,通过表面等离子激元的强局域场的增强,发现光学双稳态的阈值显著减小。当石墨烯薄膜层数增加到五层时,光学双稳态的阈值减少约三个数量级。此外,还揭示了石墨烯的特性(如费米能级和弛豫时间等)、空气层的厚度、入射光的角度和波长等参数对于光学双稳态现象的影响。