摘 要

本文首先做的是对传统的微环谐振器以及以微环谐振器功能为基础的微环调制器的理论和技术原理进行分析研究。然后对基于石墨烯的微环调制器进行了深入的研究和性能分析。本文的主要工作为：

1. 对于调制器、微环调制器的基本原理、工作模式以及调制过程的原理和现象（包括电光效应和调制过程中的失真分析）进行了深入分析。仿真分析研究出了石墨烯微环调制器工作的最佳频率、波长。建模分析研究了光波导与微环的距离、高度与调制性能的关系。建模分析说明微环与光波导相距1.5～2.5个波长的距离，光波导与微环高度相等时，调制性能最佳。
2. 深入研究了石墨烯微环调制器的性能，分析得出结论。对于单环石墨烯调制器来说，当频率达到0.5um^-1左右时，脉冲频率达到最高，脉冲波长在1.9到2.23之间时，微环与光波导产生共振，此时也是微环分光的最大值，即泵浦光增益达到最大值。并且TM建模分析可知，石墨烯微环调制器最大衰减的系数为5.285dBμm。最后对研究调制效果的中心耦合间距、振幅耦合比率等因素进行了分析研究，研究发现中心耦合间距在0～0.5之间，振幅耦合比率在0.1附近时，石墨烯微环调制器的工作效率较高。

关键词：微环谐振器；调制特性；带宽；调制器

Abstract

In this paper, the theoretical and technical principle of the microloop modulator and the microring modulator based on the function of the microring resonator are analyzed. Further research and performance analysis are carried out on graphene based micro-loop modulator. The main work of this article is:

1. For modulator, micro ring modulator of basic principle, working mode and the principle of modulation process and phenomena, including electro-optical effect and the analysis of the distortion in the process of modulation) carried on the thorough analysis. The optimum frequency and wavelength of the work of graphene microring modulator were studied by simulation analysis. The relationship between optical waveguide and microring distance, height and modulation performance is studied. The modeling analysis shows that the distance between the microring and the light waveguide is 1.5 ~ 2.5 wavelength, and the modulation performance is the best when the light waveguide is equal to the microring height.

2. The performance of the graphene microloop modulator was studied, and the conclusion was drawn. For monocylic graphene modulator, when the frequency is about 0.5 um - 1 highest pulse frequency, pulse wavelength between 1.9 to 2.23, the micro rings resonate with optical waveguide, at this point is a maximum of micro ring spectral, i.e. pump gain maximum. And TM modeling analysis shows that the maximum attenuation of the graphene microring modulator is 5.285 dB mu m. Finally, the research at the center of the coupling distance, amplitude modulation effect coupling ratio, this paper analyzed the factors of the research, the study found that center coupling spacing between 0 ~ 0.5, the amplitude coupling ratio around 0.1, graphene micro ring modulator work efficiency is higher.

Keywords: microring resonator；modulation feature；bandwidth；modulator

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1光通信发展现状 1

1.2 微环谐振器的概述 1

1.3 本论文的主要研究内容安排 2

第2章 石墨烯材料的性质和石墨烯微环调制器的工作原理 3

2.1 石墨烯的基本理论 3

2.2石墨烯的各种特性 3

2.2.1 石墨烯的光学及电学特性 3

2.2.2石墨烯的表面电子振荡 4

2.2.3石墨烯的热学性质 5

2.3 模式转换调制器 5

2.4 微环谐振器基本理论 6

2.5 电光效应 7

2.6 石墨烯微环调制器的工作原理 8

2.7 石墨烯调制器建模分析 10

第3章 微环调制器的仿真和分析 12

3.1 使用RSOFT软件进行石墨烯微环调制器的仿真 12

3.1.1 RSOFT软件简介 12

3.1.2 利用Rsoft设计石墨烯微环调制器 12

3.2 单环石墨烯调制器的传输特性分析 16

3.3 对称双环调制器的传输特性分析 19

3.4 微环调制器的失真分析 21

3.4.1 非线性失真 21

3.4.2 调制器内部失真 21

第4章 石墨烯微环调制器的性能分析 23

4.1 微环半径对谐振级数的影响 23

4.2 中心耦合间距对耦合比率的影响 23

4.3 振幅耦合比率K₁、K₂对光波导输出光谱TD的影响 24

4.4 基于微环谐振器结构的硅基电光调制器的研究 25

第5章 总结和展望 27

参考文献 28

致谢 30

第1章 绪论

1.1光通信发展现状

现代通信网络信息技术使人类取得了一场革命性的进步，在一定意义上给人们的生活方式提供了一个更高层次的平台。回顾网络信息技术发展历程，1961年光纤的产生使光纤通信技术进入了新的时代，1962年世界上第一台以半导体作为基础的激光器的产生，大大促进了光信通信的发展。而光纤则作为光信号的独有的传播介质，它具有足够宽宽带、很强的抗干扰能力、极小的损耗等特点。然而由于数据传输时要经过0-E，E-0交换，使光纤系统的网络技术资源利用率被严重限制。要能够更完善地发挥出光通信信号在信息网络中的速率快的优点，1964年相关科研人员就发现了一个新的发展方向，全光网络通信技术。全光网络通信技术是说在转换数据和网络通信的传输中完全凭借光信号的方式使信息长久保存的一门光通信网络技术。但是要实现全光网络通信传输还是主要凭借集成光学的进展。1969年，集成光路这个概念被首次提出。集成光路是说需要把有源元件以及无源元件组合成的拥有完备性能的通信通路完整集成在安装有光波导的同一个衬底的平面上^[1]。集成光路需求光学元件具有密集度高，尺寸小等特点。该论文研究的是最近几年集成光学这个领域里研究的十分热门的课题-石墨烯微环调制器，它具有结构紧凑、功能多样、容易选择波长等等特点，满足了集成光学对元器件的需求，成为了十分有前景的集成光路的基本元件^[2]。

1.2 微环谐振器的概述