【摘 要】
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随着信息技术的快速发展,信息处理量也呈爆炸性增长,给如今的光纤通信网络带来了巨大挑战。电光调制器作为光纤通信系统的关键器件,它最重要的作用是将传输信息的电信号调制到光载波上,而传统的电光调制器的缺点是尺寸大、调制速率慢、成本高等。石墨烯作为一种零带隙的二维新型材料,由于其具有超高速的载流子迁移率、高透明度、与CMOS工艺兼容等优点,因此基于石墨烯材料的新型电光调制器成为了国内外研究的热点。本文主要
【基金项目】
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河北省自然科学基金:可见光视频通信系统的关键技术研究,编号F2017203316；
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随着信息技术的快速发展,信息处理量也呈爆炸性增长,给如今的光纤通信网络带来了巨大挑战。电光调制器作为光纤通信系统的关键器件,它最重要的作用是将传输信息的电信号调制到光载波上,而传统的电光调制器的缺点是尺寸大、调制速率慢、成本高等。石墨烯作为一种零带隙的二维新型材料,由于其具有超高速的载流子迁移率、高透明度、与CMOS工艺兼容等优点,因此基于石墨烯材料的新型电光调制器成为了国内外研究的热点。本文主要研究了石墨烯的电光调制特性,设计了两种不同结构的石墨烯电光调制器,优化了它的几何参数,并最终计算出调制器的性能指标。全文具体研究工作如下:（1）综述了基于石墨烯电光调制器的研究背景及意义,重点分析了目前三种主流结构石墨烯电光调制器的国内外研究现状及特点。（2）研究了石墨烯的材料特性,主要包括石墨烯的电子能带结构、电导率及有效折射率等;在此基础上分别研究了石墨烯的化学势能与外加驱动电压、石墨烯有效折射率等之间的对应关系,讨论了石墨烯电光调制器的工作原理。（3）设计提出了一种基于双环形谐振腔结构的石墨烯电光调制器,利用石墨烯的电可调性,通过向金电极两端施加不同的驱动电压,实现了动态的电光调制,通过双环形结构形成F-P谐振腔,增强了器件的调制效率。利用仿真软件COMSOL研究分析了圆环半径、波导材料和调制器输出特性之间的关系,通过优化器件的几何参数,得到了该器件的最佳性能指标。（4）提出了一种基于脊型结构的石墨烯偏振无关电光调制器。利用双层石墨烯脊形结构在垂直方向和水平方向都可以与光场发生作用,使该调制器对TM和TE模都可实现相同的调制效果。利用COMSOL软件分别研究了调制器在TM和TE模式下有效折射率实部和虚部的变化,通过对调制器的结构优化,使器件的消光比最高可达110d B,调制带宽为173.78GHz,同时插入损耗仅为0.0338d B。
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