石墨烯涂覆光纤电光调控特性及光纤器件的理论研究

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1、硕士学位论文MASTERDISSERTATION论文题目石墨烯涂覆光纤电光调控特性及光纤器件的理论研究作者姓名王圆圆学科专业电子科学与技术指导教师毕卫红教授2016年5月中图分类号：O436.4学校代码：10216UDC：535密级：公开工学硕士学位论文石墨烯涂覆光纤电光调控特性及光纤器件的理论研究硕士研究生：王圆圆导师：毕卫红教授申请学位：工学硕士学科专业：电子科学与技术所在单位：信息科学与工程学院答辩日期：2016年5月授予学位单位：燕山大学ADissertationinElectronicScienceandTechnologyTHEORETIC

2、ALSTUDYONELECTRO-OPTICREGULATIONPROPERTIESOFTHEGRAPHENE-COATEDFIBERANDFIBERDEVICESByWangYuan-yuanSupervisor:ProfessorBiWei-hongYanshanUniversityMay,2016燕山大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《石墨烯涂覆光纤电光调控特性及光纤器件的理论研究》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对

3、本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字：日期：年月日燕山大学硕士学位论文使用授权书《石墨烯涂覆光纤电光调控特性及光纤器件的理论研究》系本人在燕山大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归燕山大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解燕山大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权燕山大学，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。保密

4、□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要摘要随着光信息传输与处理速度的高速发展，光纤器件微型化、集成化和低能耗化是光纤通信技术的发展趋势。石墨烯具有超高的载流子迁移率，超快的弛豫过程，可调控的费米能级，还可以吸收很宽频率范围的入射光，非常适合于光纤器件的设计。本文提出了一种新颖的石墨烯-光纤复合结构，首次将石墨烯涂覆在空心光纤和光子晶体光纤的纤芯孔内表面上，利用有限元法对该结构的调制特性、滤波特性和偏振特性进行了分析。本文的主要内容如下：首先，结合通信技术的发展历

5、史，介绍了本课题的研究目的和意义，而且在查阅大量国内外相关文献的基础上，对基于石墨烯的光纤器件的研究现状进行了综合评述，总结了石墨烯和光纤的主要结合方式。其次，从石墨烯的能带结构出发，分析了石墨烯的线性光吸收和电光调制特性，并且介绍了分析光纤传输特性的解析方法和数值方法，重点介绍了本文所采用的有限元法，进一步给出了仿真软件的模拟过程。再次，设计了基于石墨烯涂覆空心光纤的调制器模型，利用有限元法研究了光纤的模场分布和电致吸收特性，同时研究了空气孔半径、石墨烯层数和缓冲层对调制器性能参数的影响。最后，设计了三种基于石墨烯涂覆光子晶体光纤的器件模型：第一种将

6、石墨烯涂覆在圆形纤芯孔内表面上构成电吸收型调制器，分析光纤损耗随化学势的变化规律，研究其调制特性；第二种将石墨烯涂覆在圆形纤芯孔内表面上构成带阻滤波器，分析光纤损耗随波长的变化规律，研究其滤波特性；第三种是将石墨烯涂覆在椭圆形纤芯孔内表面上构成偏振器，分析TE和TM模式的损耗随化学势的变化规律，研究其偏振特性。同时利用有限元法研究了光纤的结构参数和石墨烯的材料参数对光纤器件性能参数的影响。关键词：石墨烯；光纤调制器；光纤滤波器；光纤偏振器-I-燕山大学工学硕士学位论文AbstractWiththerapiddevelopmentofopticalinf

7、ormationtransmissionandprocessingspeed,theminiaturization,integrationandlowenergyconsumptionofthefiberdevicesarethedevelopmenttrendoftheopticalfibercommunicationtechnology.Graphenehasultrahighcarriermobility,ultrafastrelaxationprocess,tunableFermilevel,andcouldabsorbawidefrequen

8、cyrangeoftheincidentlight,soitisverysuitablefor