硅基石墨烯非線性器件中的光信號處理研究.pdf

1、在光通信方面，非線性光學發(fā)揮著重要的作用。基于非線性光學的應用主要集中在光通信、量子通信、檢測、傳感與成像等領(lǐng)域。關(guān)于如何產(chǎn)生高非線性效應長久以來一直是學術(shù)界的研究熱點。近年來，四波混頻作為重要的三階非線性效應，基于硅基四波混頻的非線性研究，成為了國內(nèi)外硅光子學研究的熱門課題。硅基結(jié)構(gòu)比如狹縫波導、光子晶體硅波導和表面等離子體波導，它們的非線性系數(shù)已有較大提升，但是仍然存在著問題。首先，由于硅材料本身非線性系數(shù)的限制，四波混頻信號增益仍

2、然不能很大；其次，硅材料本身的載流子效應限制了四波混頻效應的響應速度。因此將硅基結(jié)構(gòu)與新型高非線性材料結(jié)合成為了一種可能的發(fā)展趨勢。
　　石墨烯自2004年發(fā)現(xiàn)以來，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性效應，來提升整體器件的非線性系數(shù)。這種基于硅基的石墨烯非線性器件具有模場面積小、集成度高、響應

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