基于石墨烯-硅混合波导的脉冲激光器的研究

论文摘要

为满足大容量、高速率、高安全性的数据传输要求,光通信与光互连技术应运而生,并对器件的集成度提出更高的要求。硅基光电集成被认为是集成光电子领域最具发展潜力的方向之一,目前多种硅基无源光器件已被实现。然而由于硅材料自身的缺陷,硅基有源光器件的实现往往需要其他材料辅助,才能满足相应的性能要求。石墨烯是一种六方晶格的单原子层二维材料,已被证实在光、电、热学等领域都有着相当优异的性能。将石墨烯与硅结合可有效地提升硅基光电子器件的工作性能,如拓宽器件的工作带宽、提升器件的响应速率等,并且基于石墨烯-硅混合波导的光电子器件的制备工艺与CMOS工艺兼容。另外石墨烯因其具备优越的饱和吸收特性而被广泛应用于脉冲激光产生系统中,极大地促进了超短脉冲光源的发展。本文基于石墨烯的饱和吸收特性,开展了石墨烯-硅混合波导脉冲激光器的系列研究,实验上实现了在硅波导中直接产生脉冲激光,提供了一种片上脉冲光源的解决方案。主要内容如下:（1）加工制备了石墨烯-硅混合波导,对制备的器件进行性能表征,测量了混合波导在通信波段光学线性吸收和饱和吸收的特征参数。得出条形波导和脊形波导上石墨烯的线性吸收系数分别为0.1 dB/μm和0.045 dB/μm,该实验测量值与仿真计算值吻合。得出片上石墨烯饱和吸收体的饱和吸收阈值功率密度约为1 GW/cm2,混合波导内载流子驰豫恢复时间约为48 ps。（2）基于石墨烯-硅混合波导设计环形腔脉冲激光器,在混合波导器件插损为19dB的情况下,获得了脉宽为1.2 ps的锁模脉冲。通过调节泵浦功率和腔内偏振态,在同一根混合波导中分别产生了调Q、锁模及调Q锁模脉冲。波导光栅耦合器经优化后,混合波导器件插损约为11 dB,此时锁模启动的泵浦功率阈值为45 mW。（3）设计了一种基于混合波导的集成型线形腔脉冲激光器,实现了重复频率为6.45 MHz脉冲光的产生,初步的实验结果验证了该方案的可行性。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘国琴

导师: 汪毅

关键词: 硅光子学,石墨烯,饱和吸收,被动锁模脉冲激光器,片上光源

来源: 华中科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 华中科技大学

分类号: TN248

DOI: 10.27157/d.cnki.ghzku.2019.004302

总页数: 60

文件大小: 15973K

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