石墨烯-微纳光纤复合结构的非线性光学特性研究

《石墨烯-微纳光纤复合结构的非线性光学特性研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、摘要石墨烯自从被发现以来，因其独特的二维结构以及光电特性，受到了广泛关注。特别是，石墨烯具有超高的非线性系数，是一种极具潜力的超紧凑非线性光学介质。因此，本文将石墨烯和微纳光纤相结合，形成石墨烯．微纳光纤复合结构，通过理论建模及数值仿真，对其非线性光学特性加以分析。在总结石墨烯波导的研究进展基础上，本文结合微纳光纤传输理论及石墨烯光学特性理论，建立了石墨烯一徼纳光纤复合结构的非线性参量过程理论模型。仿真计算表明，复合结构同时具有高非线性系数和高损耗值，因而提出利用FOM参数表征该复合结构的非线性特性。通过对微纳光纤直径进行优化，针对通信波段1550nln以及10W的入射光峰值功率，FOM参数

2、在微纳光纤直径为O．75gm时达到其最大值0．0083W～。仅在26．2I．tm长的复合结构中，最高转换效率可达．25．2dB，转换带宽达到400nln，而且将入射泵浦光放置在零色散波长附近(980nnl)，转换带宽能够达到780nm。可见，通过在微纳光纤上包覆石墨烯形成石墨烯一微纳光纤复合结构，可以有效提升其非线性光学性能。本文分析了石墨烯化学势的变化对复合结构的影响。当化学势为0．5eV时，石墨烯一微纳光纤复合结构在1550nm波段将会发生狭缝效应，石墨烯层对光场的束缚作用大大加强。此时，在2um量级长的复合结构中，仅需2mW入射功率，转换效率即可提高至1．6dB，但是因符合狭缝效应的波

3、段很窄，带宽变得很窄，仅为4nnl。关键词：石墨烯、微纳光纤、四波混频AbstractOwingtoitsuniquetwodimensionals缸ucnIrefbatI玳andphotoelectricproperties．graphenehasattractedalotofinterestssinceithasbeenfound．Especially,grapheneisapromisingultra—compactnonlinearopticalmaterialasithasveryhighnonlinearparameter．Thisthesiscombinesgraphenean

4、dmicro／nanofibertoformagraphene-coveredmicro／nanofibercomposites缸．IlctIlreandanalyzeitsnonlinearopticalpropertiesthroughtheoreticalmodelingandnumericalsimulation．Basedontheresearchprogressofthegraphenewaveguide，webuildthetheoreticalmodelofnonlinearparameterprocessofagraphenecoveredmicro／nanofiberco

5、mpositestructurecombiningthepropagationpropertiesofmicro／nanofibersandtheopticalpropertiesofgraphene．Accordingtothesimulationcalculations，thestructurebothhavehighnonlinearparameterandheavylosses，andbasedonwhich，afigure·of-merit(FOM)coefficientisusedtoevaluatethenonlinearperformance．Forthe1550一nnlpu

6、mpinthetelecommunicatiofiband，theFOMisoptimizedtobe0．0083W71ina0．75-um-thickgraphenecoveredmicro／nanOfibercompositestructurewithapeakpumppowerof10w．Usingsuchagraphene-coveredtaperedfiber,amaximulnconversionefficiencyof一25．2dBisnumericallyobtainedwhenthegraphenelengthisonly26．2txm．Moreover,a3-dBband

7、widthasbroadas40011111canberealizedinthe1550-nnltelecommunicationband，andthebandwidthcanbefurtherenhancedto780nmifitispumpedat0．95¨m，nearthezero—dispersionwavelength(0．98肛m)ofthecompositefiber．Wecanfindthat