基于低维纳米材料薄膜的热光全光开关

论文摘要

自石墨烯被发现以来,过渡金属硫化物（TMDs）等新型二维材料因其独特的光子和光电特性引起了广大研究工作者的关注。全光开关在全光信号处理和通信等全光应用中起着重要的作用。基于二维材料的超快光学特性和较大的光学非线性来实现相关的功能器件已成为高速的全光信号处理方面的一个主要研究方向。本文主要对基于低维纳米材料薄膜的热光全光开关开展了研究。论文第一章,主要介绍了本论文的研究背景,列举了石墨烯、黑磷和过渡金属硫化合物在全光器件方面的国内外研究现状。本文重点关注在热光全光器件上,综合近些年各团队对基于纳米材料实现热光全光器件的典型研究成果,提出了相关问题,给出了本论文的工作出发点及研究意义。第二章,主要阐述基于材料的全光调制的原理,从非线性效应、载流子效应和热光效应三个方面分别展开了介绍。重点介绍了热光效应中的偏振干涉结构。第三章,主要对TMDs的制备及表征实验进行了研究,介绍了几种常见的TMDs材料制备方法,采用液相剥离法制备纳米材料薄膜,并测试了材料薄膜的物理特性和光学特性,验证了MoS2-PVA薄膜具有波长相关吸收特性。第四章,主要开展基于MoS2-PVA薄膜实现热光全光开关的研究。利用热光效应机制,采用偏振干涉的结构实现了热光全光开关,并对获得的开关信号从开关速度和稳定性方面进行了详细的分析讨论。此外,本文也验证了WSe2-PVA薄膜可以实现全光开关并获得长时间稳定输出的信号。第五章,为了进一步提高开关信号的性能,研究了基于碳纳米管薄膜（CNT-PVA）的全光开关,最终获得了输入驱动功率低、开关速度快的信号。最后,总结了本文的主要研究内容,并阐述了本论文的创新点以及后续可以探索研究的方向。相信本论文的研究工作对热光全光开关器件的发展有一定的促进意义,同时也希望能启发后续基于二维材料的全光信号处理方向的相关研究工作。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景
•   1.2 研究现状
•     1.2.1 基于石墨烯实现光调制
•     1.2.2 基于BP实现光调制
•     1.2.3 基于TMDs实现光调制
•   1.3 研究意义
•   1.4 本论文主要工作
• 第二章 全光调制原理介绍
•   2.1 光调制技术简介
•   2.2 基于克尔非线性效应的全光调制
•   2.3 基于载流子效应的全光调制
•   2.4 基于热光效应的全光调制
•     2.4.1 基于MZI干涉实现热光调制
•     2.4.2 基于偏振干涉实现热光调制
•   2.5 本章小结
• 第三章 TMDS材料的制备与表征
•   3.1 TMDs的制备实验
•   3.2 TMDs-PVA的制备实验
•   3.3 MoS2-PVA薄膜的表征实验
•     3.3.1 MoS2-PVA薄膜的物理特性
•     3.3.2 MoS2-PVA薄膜的光吸收特性
•   3.4 分析与讨论
•   3.5 本章小结
• 第四章 基于MOS2-PVA薄膜实现全光开关研究
•   4.1 基于MoS2-PVA薄膜实现全光开关的实验方案及原理
•   4.2 基于MoS2-PVA薄膜全光开关信号特性研究
•   4.3 对比分析
•   4.4 分析与讨论
•     4.4.1 TMD材料的非线性特性分析
•     4.4.2 器件TMD材料的可扩展性研究
•     4.4.3 TMD材料耦合方式讨论
•     4.4.4 材料抗激光损伤阈值分析
•   4.5 本章小结
• 第五章 基于CNT薄膜实现全光开关研究
•   5.1 碳纳米管薄膜的制备与表征实验
•   5.2 基于CNT实现热光全光开关
•   5.3 分析与讨论
•   5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
•   6.1 主要工作与创新点
•   6.2 后续研究工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王奕方

导师: 吴侃

关键词: 纳米材料薄膜,全光开关器件,热光效应,偏振干涉

来源: 上海交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 物理学,材料科学,工业通用技术及设备,无线电电子学

单位: 上海交通大学

分类号: TN256;TB383.2

DOI: 10.27307/d.cnki.gsjtu.2019.002089

总页数: 77

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