硅基石墨烯非線(xiàn)性器件中的光信號(hào)處理研究.pdf

1、在光通信方面，非線(xiàn)性光學(xué)發(fā)揮著重要的作用?；诜蔷€(xiàn)性光學(xué)的應(yīng)用主要集中在光通信、量子通信、檢測(cè)、傳感與成像等領(lǐng)域。關(guān)于如何產(chǎn)生高非線(xiàn)性效應(yīng)長(zhǎng)久以來(lái)一直是學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)。近年來(lái)，四波混頻作為重要的三階非線(xiàn)性效應(yīng)，基于硅基四波混頻的非線(xiàn)性研究，成為了國(guó)內(nèi)外硅光子學(xué)研究的熱門(mén)課題。硅基結(jié)構(gòu)比如狹縫波導(dǎo)、光子晶體硅波導(dǎo)和表面等離子體波導(dǎo)，它們的非線(xiàn)性系數(shù)已有較大提升，但是仍然存在著問(wèn)題。首先，由于硅材料本身非線(xiàn)性系數(shù)的限制，四波混頻信號(hào)增益仍

2、然不能很大；其次，硅材料本身的載流子效應(yīng)限制了四波混頻效應(yīng)的響應(yīng)速度。因此將硅基結(jié)構(gòu)與新型高非線(xiàn)性材料結(jié)合成為了一種可能的發(fā)展趨勢(shì)。
　　石墨烯自2004年發(fā)現(xiàn)以來(lái)，因其在光電領(lǐng)域的高透明性、高電子遷移率和高三階非線(xiàn)性等優(yōu)良特性引起了科研人員的廣泛關(guān)注，并取得了一系列的科研成果。本文將新型材料石墨烯引入硅基器件中，利用石墨烯的高三階非線(xiàn)性效應(yīng)，來(lái)提升整體器件的非線(xiàn)性系數(shù)。這種基于硅基的石墨烯非線(xiàn)性器件具有模場(chǎng)面積小、集成度高、響應(yīng)

3、速率快、便于與微電子進(jìn)行混合集成等優(yōu)點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上可以實(shí)現(xiàn)全光信號(hào)處理、量子糾纏產(chǎn)生和超連續(xù)譜信號(hào)等非線(xiàn)性的應(yīng)用。
　　概括全文的研究成果與貢獻(xiàn)，可以總結(jié)為如下：
　　1)提出了兩種基于石墨烯實(shí)現(xiàn)高非線(xiàn)性的結(jié)構(gòu)，包括在硅基直波導(dǎo)和電介質(zhì)金屬狹縫波導(dǎo)中引入石墨烯，通過(guò)增加器件的非線(xiàn)性折射率和減小模場(chǎng)面積來(lái)提升器件整體的非線(xiàn)性系數(shù)。我們從仿真驗(yàn)證了此種方案的可行性，并計(jì)算了四波混頻轉(zhuǎn)換效率。
　　2)介紹了基于硅基直波導(dǎo)的