石墨烯具有非凡的电学与光学特性,其中通过调控外加电场和载流子浓度可有效控制石墨烯材料对光的吸收,使石墨烯在光调制领域拥有很大的潜力。光子晶体光纤(PCF)是一种有多空气孔排列的新型光纤,改变空气孔的孔径和孔间距可以调控PCF的性能,可用于构建新型光纤器件。为了集成石墨烯和光子晶体光纤的优点,作者及所在课题组提出在PCF空气孔内壁上直接生长石墨烯薄膜的方法,制备出孔壁直接生长石墨烯的光子晶体光纤(G-PCF)复合波导,该G-PCF既保证了PCF波导的结构完整性,又充分发挥石墨烯独特的光调制特性,可直接用于制备光调制器、滤波器和光开关等全光纤无源器件。本文围绕G-PCF的制备、表征、光调制理论及光调制特性等方面展开研究工作,主要研究内容如下。首先,对国内外石墨烯和G-PCF制备与应用的现状进行综述。简要介绍石墨烯电学、光学、力学和热学特性;概述目前各种石墨烯制备方法的特点;对比分析石墨烯光调制器的发展历程,重点分析基于石墨烯与光纤结合的光调制器的特点,总结石墨烯与光纤结合的光调制器制备与应用目前存在的问题;针对这些问题提出本文的研究内容和研究所需的理论基础。其次,对G-PCF的制备技术与工艺及性能进行研究。设计了基于常压CVD法在光子晶体光纤空气孔内壁上无催化直接生长石墨烯二维材料的系统,研究石墨烯材料生长温度、生长时长、碳源气体流速等工艺参数与光子晶体光纤气孔内石墨烯生长的层数、均匀性及生长质量的相关关系,形成了G-PCF完整的制备工艺;研究光纤空气孔内壁上石墨烯薄膜的快速表征方法,以此研究所制备的G-PCF性能。再次,对基于G-PCF的电光调制理论及特性进行研究。研究基于石墨烯特殊的零带隙能带结构以及电光调制理论,研究了石墨烯材料的介电常数以及复折射率随费米能级的变化规律;在此基础上结合有限元法对基于石墨烯的G-PCF复合波导的光传输特性以及电吸收调制特性进行分析,研究了全内反射型PCF(TIR-PCF)与光子带隙型PCF(PBG-PCF)分别作为波导时G-PCF调制器的调制规律;研究G-PCF的石墨烯层数、位置以及光纤结构参数与G-PCF调制深度的关系,以此为基础研究基于G-PCF电光调制特性。然后,对基于G-PCF的全光调制理论及特性进行研究。研究基于石墨烯的优先吸收特性,并进行了理论仿真,通过实验对G-PCF全光调制器的传输特性和全光调制特性进行测试,对全光振幅调制器相关的损耗以及调制深度等参数也通过实验进行具体分析。最后,对本文主要工作进行总结,讨论现有制备技术对石墨烯发展的限制以及G-PCF调制器在调制深度和调制速率等方面的不足和优化问题,并展望G-PCF的应用前景。