光纖系統(tǒng)中石墨烯器件的光電特性研究.pdf

1、石墨烯作為一種新型材料自2004年被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，憑借其優(yōu)良的光電特性在學(xué)術(shù)界掀起了一波研究的熱潮，并在光纖通信領(lǐng)域取得了諸多優(yōu)秀的研究成果。石墨烯具有高的電子遷移率、強(qiáng)的三階光學(xué)非線性、高功率飽和吸收、寬譜穩(wěn)定吸收等優(yōu)良的性能，但是單層石墨烯材料對(duì)垂直入射光的吸收率只有2.3％，這極大的限制了石墨烯器件在光纖通信系統(tǒng)中的應(yīng)用。如何提高單層石墨烯的光場(chǎng)吸收率，最大限度的激發(fā)石墨烯優(yōu)良的光電特性已經(jīng)成為現(xiàn)今學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)。
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2、們通過(guò)設(shè)計(jì)不同結(jié)構(gòu)的石墨烯光纖器件驗(yàn)證了石墨烯在光纖中超強(qiáng)的光學(xué)三階非線性和光電轉(zhuǎn)換特性。首先，我們?cè)趦A斜光纖光柵上附著石墨烯激發(fā)其三階光學(xué)非線性并演示了四波混頻的應(yīng)用。在傾斜光纖光柵上轉(zhuǎn)移單層石墨烯后，光纖的插損增加至7.2dB，在泵浦光功率為500mW時(shí)獲得了最大約-34.9dB的四波混頻轉(zhuǎn)換效率。實(shí)驗(yàn)中詳細(xì)的討論了泵浦光功率、波長(zhǎng)間隔、石墨烯作用長(zhǎng)度、傾斜光纖光柵傾角等變量對(duì)四波混頻轉(zhuǎn)換效率的影響。為了驗(yàn)證石墨烯超快的載流子遷移率

3、和光電轉(zhuǎn)換特性，我們利用微納光纖可以泄露出強(qiáng)倏逝場(chǎng)的傳輸特性，通過(guò)在載玻片基底上蒸鍍金屬電極、轉(zhuǎn)移石墨烯制備了微納光纖-石墨烯光電導(dǎo)探測(cè)器。利用Comsol光場(chǎng)仿真驗(yàn)證了這種新型光電導(dǎo)探測(cè)器具有寬譜穩(wěn)定吸收的特性，并在實(shí)驗(yàn)中測(cè)得石墨烯引起的插損最大可以達(dá)到11.8dB。當(dāng)向微納光纖中通入功率為1dBm的泵浦光時(shí)獲得了最大約2.81mA/W的探測(cè)器響應(yīng)率，實(shí)驗(yàn)中同時(shí)探討了不同泵浦光功率下這種新型光電導(dǎo)探測(cè)器轉(zhuǎn)換效率的變化趨勢(shì)。