基于石墨烯的慢光波导-研究

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1、万方数据浙江大学硕士学位论文摘要慢光波导是一种能有效减慢光信号传播速度而不改变光自身有效信息的新型光波导，由于其光缓存功能，已逐渐成为了光通信中的核心器件之一。近年来，宽带慢光已由光子晶体慢光波导、金属等离子体慢光波导等实现。然而，这些波导普遍存在带宽小的缺点，继而容易引发光信号在传输时的群速度色散，最终导致信号传输失真。此外，现有的慢光波导的性能动态不可调。为了解决这些问题，在本研究中我们设计了两种宽带、低色散、高品质因子(延迟带宽积)且性能动态可调的石墨烯宽带慢光波导。主要研究成果如下：1．通过调研近十余年来的慢光波导文献，总结对比了不同结构慢光波导的性能后，我们发现目前的慢光波导带宽较小

2、且波导性能动态不可调。为了获得更优越的波导性能，同时使波导动态可调，我们将研究重点集中在了石墨烯上，因为石墨烯同时具备高群折射率传播SPP波和可调性两大优势。我们根据近期石墨烯波导文献中提供的色散公式，绘制了单张石墨烯的色散曲线和群折射率图。分析后发现，石墨烯上传播SPP波的群折射率确实非常高，继而确认了石墨烯上可以传播慢光，为下一步的工作奠定了基础。2．论证了石墨烯可传播慢光后，我们通过在石墨烯上构造周期性的空气孔来得到宽带慢光，并利用时域有限差分法来仿真模拟波导性能。首先，我们提出了光栅石墨烯慢光波导结构。在特定的波导结构参数下，当入射波导的谐振频率．厂从87THz至89THz范围变化时，

3、波导慢光因子‰维持在(130+4)左右。在此区问内ng可认为是一个不变的常数值，即在此谐振频率范围内，波导呈现出宽带慢光的传输性质。此外，改变波导中石墨烯的化学势，即可动态调节慢光波导的各项性能指标，如其慢光因子，z窖、谐振频率．厂、带宽W等。3．为了进一步简化波导结构，同时保持波导的优异慢光性能，我们又设计了三角孔石墨烯慢光波导。同样，在特定的波导结构参数下，当入射波导谐振频率厂从90．15THz至90．75THz变化时，％维持在107+5左右的数值，同时具备动态可调性。为了获得更大的延迟带宽积NDBP、慢光因子／'／g、带宽W等，我们仿真记录了每组波导三角孔参数哝、职变化下的波导性能数据。

4、分析对比后，最终可得的最大波导延迟带宽积NDBP达0．96，极大地提高了现有波导的慢光性能。关键字：宽带慢光，石墨烯，动态可调性，慢光因子，延迟带宽积，表面等离子体万方数据浙江大学硕士学位论文Abs仃actAbstractSlowlighthasbeeninvestigatedasasolutiontocontroltheopticalsignalbyreducingthegroupvelocity．Sofar,manytechniqueshaveattainedslowlight，buttheregenerallyexistsabottleneckthatthebandwidths(w)ar

5、esmallwhichleadstoalargesignaldistortion．Inaddition，thesewaveguidesarenotdynamicallytunable．Tosolvetheseproblems，weproposetwokindsofgrapheneslowlightwaveguideswithwidebandandlowdispersion．Themainworksareasfollows：Firstly,wesummarizethecurrentresearchesonslowlightwaveguide．Aftercomparingvariousstruct

6、uresreportedintheliteratures，wefindthebandwidthsofthewaveguidesaresmallandtheyarenottunable．Inordertogainbetterperformanceanddynamicadjustabilityofthewaveguide，wesuggestgrapheneasacandidatetobuildthewaveguide．TheresentresearchhasreportedthatgrapheneCansupportSPPwithanenlarged／'／g。Basedonthedispersio

7、nrelationpresentedbytheliterature，wedepicttheng-fcurveanddemonstratethatanenlargedngwillbeachievedwhenSPPpropagatesthroughthegraphenesheet，whichprovesthatgrapheneaanpropagatesslowlight．Secondly,forthe