硅基微環(huán)電光調制器基礎研究.pdf

1、硅基光子學作為實現(xiàn)大規(guī)模集成光路的重要解決方案，得到科研工作者越來越多的關注和研究。集成光學的發(fā)展對光纖通信系統(tǒng)具有重大意義，其中，調制器又是光通信系統(tǒng)中關鍵器件，不僅在光通信網(wǎng)絡的組建中有著至關重要的作用，而且其性能也影響著整個光通信網(wǎng)絡的信號處理能力。但是目前在調制器小型化和高調制速率方面還沒有得到很好的解決。
　　硅基微環(huán)諧振腔電光調制器不僅體積小而且具有很高的敏感性，但是傳統(tǒng)的硅基微環(huán)調制器主要基于等離子色散效應，由于載流

2、子遷移率的限制，使得其無法達到所需求的高速調制。本論文結合新型二維材料石墨烯，利用其高載流子遷移率以及電壓可控的優(yōu)點制作分別工作在近紅外和中紅外波段的硅基微環(huán)調制器，得到較好的調制效果。此外本論文還設計了基于氧化銦錫（Indium Tin Oxide，ITO）的硅基微環(huán)電光調制器。最后設計了實驗驗證了石墨烯的調制性能。主要研究內容概括如下：
　　1．結合電磁理論對波導中光的傳輸進行討論分析。重點就波導耦合理論進行了分析，這對微環(huán)諧

3、振腔總線波導與環(huán)形波導間的耦合至關重要。最后本論文利用傳輸矩陣法分析了微環(huán)諧振腔的基本原理和性質，并對微環(huán)諧振器的性能參數(shù)進行了討論分析。
　　2．設計分析了基于石墨烯的硅基微環(huán)電光調制器，通過設計所需的脊型波導，討論對比了不同隔離層的區(qū)別，定性分析了嵌入有石墨烯波導的電調諧性能。最終仿真了石墨烯硅基微環(huán)調制器，分析了其調制性能，光信號的透過率，實現(xiàn)了在1550nm下消光比為16.77dB，光帶寬為208.14GHz的微環(huán)調制器。

4、此外，本論文仿真設計了基于硫系玻璃波導的中紅外微環(huán)調制器，實現(xiàn)了消光比為33.57dB，光帶寬為133GHz的中紅外波段微環(huán)調制器。本論文同時理論分析了 ITO的電調諧性能，設計了基于ITO的硅基微環(huán)調制器，結果表明基于ITO的微環(huán)同樣能實現(xiàn)電光調制，得到消光比為15.15dB，光帶寬為195GHz的調制器。
　　3．完成了對石墨烯電調諧性質的測試，設計了基于石墨烯的D型光纖調制器，通過簡單、低成本的方法證明了石墨烯的電調諧性能。