石墨烯在可调光器件中的应用基础研究

发布时间：2023-02-17 08:45

　　石墨烯具有高载流子迁移率、宽带吸收、透明等属性,使其成为一种极具发展前景的光电材料,可用于开发高速可调的CMOS兼容硅基光源和调制器。本课题针对石墨烯的电光可调特性做了深入研究,并以此为基础在电吸收调制器、纳米天线增强硅波导调制器以及高速可调的MIS隧穿光源等方向开展了系统的研究工作。研究的主要内容及创新点可以概括为以下几点:1.提出了一种新型的混合SPP波导调制器,与传统SPP波导调制器相比,水平放置的波导结构,使得SPP波导中光模式的电场分量主要分布在石墨烯面内,实现光与石墨烯相互作用的增强。最终实现了400 GHz调制速率,1.6μm2紧凑尺寸的电吸收调制器。2.提出一种新型的超薄金属贴片增强的电光调制器。该设计结合了波导TE模式与超薄金属贴片天线的两个边长均能有效耦合的特征,实现了使用较少天线个数便可提供强局域等离子体共振,且谐振模式的场分量主要分布在石墨烯面内,增强了光-石墨烯相互作用。最终实现了400 GHz调制速率,0.5 f J/bit的能耗以及500 nm的调制器长度。3.提出了一种纳米天线增强的石墨烯电极的MIS隧穿结光源,解决了因非弹性隧穿电子占比低导致的低内部量...

【文章页数】：110 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1. 研究背景
        1.1.1. 电互连面临的挑战
        1.1.2. 硅基光电集成带来的机遇与挑战
        1.1.3. 石墨烯在光电集成应用中扮演的角色
    1.2. 国内外研究现状
        1.2.1. 石墨烯在光源应用中的研究现状
        1.2.2. 石墨烯在调制器应用中的研究现状
    1.3. 研究内容与行文安排
    参考文献
第2章 石墨烯的建模与调控
    2.1. 引言
    2.2. 石墨烯的 2D以及 3D电磁模型
        2.2.1.2D表面阻抗模型
        2.2.2.3D介电常数以及等效折射率电磁模型
    2.3. 石墨烯的调控/掺杂方式
    参考文献
第3章 石墨烯电光调制器的基础研究
    3.1. 引言
    3.2. 理论基础
        3.2.1. 关键指标
        3.2.2. 调制机制
    3.3. 电致吸收调制器的设计
        3.3.1. 问题描述
        3.3.2. 电光调制器结构及尺寸
        3.3.3. 电致吸收调制器性能指标
        3.3.4. 小结
    3.4. 超薄金属贴片增强电光调制器的设计
        3.4.1. 问题描述
        3.4.2. 器件描述以及尺寸
        3.4.3. 性能指标
        3.4.4. 小结
    3.5. 纳米金属棒天线增强电光调制器的设计
        3.5.1. 问题描述
        3.5.2. 器件描述以及尺寸
        3.5.3. 器件性能
        3.5.4. 小结
    参考文献
第4章 石墨烯在非弹性量子隧穿光源上的基础研究
    4.1. 引言
    4.2. 理论基础光源的性能参数
    4.3. 纳米天线增强的MIS量子隧穿光源
        4.3.1. 问题描述
        4.3.2. 器件描述以及尺寸
        4.3.3. 器件性能
        4.3.4. 小结
    4.4. 石墨烯电极的MIS隧穿结光源
        4.4.1. 问题描述
        4.4.2. 器件结构以及尺寸
        4.4.3. 器件性能指标
        4.4.4. 小结
    参考文献
第5章 总结与展望
    5.1. 全文总结
    5.2. 未来工作展望
致谢
攻读博士学位期间发表论文与专利
攻读博士学位期间所参加研究课题



本文编号：3744509