基于石墨烯的慢光波導研究.pdf

1、慢光波導是一種能有效減慢光信號傳播速度而不改變光自身有效信息的新型光波導，由于其光緩存功能，已逐漸成為了光通信中的核心器件之一。近年來，寬帶慢光已由光子晶體慢光波導、金屬等離子體慢光波導等實現(xiàn)。然而，這些波導普遍存在帶寬小的缺點，繼而容易引發(fā)光信號在傳輸時的群速度色散，最終導致信號傳輸失真。此外，現(xiàn)有的慢光波導的性能動態(tài)不可調(diào)。為了解決這些問題，在本研究中我們設計了兩種寬帶、低色散、高品質(zhì)因子（延遲帶寬積）且性能動態(tài)可調(diào)的石墨烯寬帶慢光

2、波導。主要研究成果如下:
　　1.通過調(diào)研近十余年來的慢光波導文獻，總結對比了不同結構慢光波導的性能后，我們發(fā)現(xiàn)目前的慢光波導帶寬較小且波導性能動態(tài)不可調(diào)。為了獲得更優(yōu)越的波導性能，同時使波導動態(tài)可調(diào)，我們將研究重點集中在了石墨烯上，因為石墨烯同時具備高群折射率傳播SPP波和可調(diào)性兩大優(yōu)勢。我們根據(jù)近期石墨烯波導文獻中提供的色散公式，繪制了單張石墨烯的色散曲線和群折射率圖。分析后發(fā)現(xiàn)，石墨烯上傳播SPP波的群折射率確實非常高，繼而

3、確認了石墨烯上可以傳播慢光，為下一步的工作奠定了基礎。
　　2.論證了石墨烯可傳播慢光后，我們通過在石墨烯上構造周期性的空氣孔來得到寬帶慢光，并利用時域有限差分法來仿真模擬波導性能。首先，我們提出了光柵石墨烯慢光波導結構。在特定的波導結構參數(shù)下，當入射波導的諧振頻率f從87THz至89THz范圍變化時，波導慢光因子ng維持在(130±4)左右。在此區(qū)間內(nèi)ng可認為是一個不變的常數(shù)值，即在此諧振頻率范圍內(nèi)，波導呈現(xiàn)出寬帶慢光的傳輸性

4、質(zhì)。此外，改變波導中石墨烯的化學勢，即可動態(tài)調(diào)節(jié)慢光波導的各項性能指標，如其慢光因子ng、諧振頻率f、帶寬w等。
　　3.為了進一步簡化波導結構，同時保持波導的優(yōu)異慢光性能，我們又設計了三角孔石墨烯慢光波導。同樣，在特定的波導結構參數(shù)下，當入射波導諧振頻率f從90.15THz至90.75THz變化時，ng維持在107±5左右的數(shù)值，同時具備動態(tài)可調(diào)性。為了獲得更大的延遲帶寬積NDBP、慢光因子ng、帶寬w等，我們仿真記錄了每組波導