基于还原氧化石墨烯的微纳光纤器件光可控特性研究

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1、暨南大学硕士学位论文题名（中英对照）：基于还原氧化石墨烯的微纳光纤器件光可控特性研究Microfiber-integratedreducedgrapheneoxidesheetanditscontrolcharacteristicofpumplight作者姓名：王一婷指导教师姓名及学位、职称：张军研究员学科、专业名称：光学工程学位类型：科学学位论文提交日期：2016年6月论文答辩日期：2016年6月答辩委员会主席：蔡志岗教授论文评阅人：学位授予单位和日期：暨南大学2016年6月I暨南大学硕士学位论文摘要近年来，石墨烯及石墨烯的替代材料

2、与微纳尺度光波导相结合的光子器件成为热点研究之一。石墨烯是只有单个碳原子厚度的二维材料，其以六角形蜂巢结构周期性紧密堆积，拥有良好的电学、光学性质，以及柔韧性、透光性等特性，在高性能复合材料、光通信、光电检测以及传感器等诸多领域显示出巨大的应用潜力。但由于石墨烯结构完整且化学性质稳定，不易分散于水以及常见有机溶剂中，所以难以对石墨烯进行更深入的研究和应用。还原氧化石墨烯作为石墨烯的替代材料，被广泛地应用于研究，其合成方法简便，可大产量大规模制备。在继承石墨烯优良特性的同时，还原氧化石墨烯晶格内的缺陷位点，使其具有了为化学官能团提供活性

3、位点的优势，也在与其它材料相结合的应用方面开拓了新的道路。微纳光纤是直径达到微米或纳米尺寸的光纤器件，通常通过加热装置（如火焰、激光等），对标准光纤剥去保护层区域均匀加热，再将其两端拉伸为双锥形，中间区域拉伸至直径约为微纳米量级。微纳光纤是光子器件微型化的强力推动者，具有强倏逝场、低光传输损耗、高抗拉强度等优良特性，已然成为构建新型微型光学系统的基础。论文研究了沉积还原氧化石墨烯的微纳光纤器件基于外泵浦光源的光可控特性，主要包括基于405nm的单波长光可控特性和宽带范围光可控特性：采用405nm紫光作为泵浦光外部照射还原氧化石墨烯沉积

4、微纳光纤的微纳区，分别测量微纳光纤中1550nm信号光透过光功率的变化和1520-1620nm波长范围内的宽谱透过率。实验证明，当405nm紫光泵浦光功率从0mW变化到12mW时，裸微纳光纤对泵浦光的响应为最大透过光功率变化为~0.07dB；沉积还原氧化石墨烯的微纳光纤器件，在泵浦光功率上升阶段，微纳光纤的透过光功率最大变化达~1.6dB，线性度为95.7%；下降阶段微纳光纤中的透过光功率最大变化达~1.37dB，线性度为88.7%。实验证明，当405nm紫光泵浦光功率从0mW变化到25.41mW时，裸微纳光纤的宽带透过谱保持不变；沉

5、积还原氧化石墨烯的微纳光纤器件，在外泵浦光功率上升阶段，宽带透过谱随之上升，平均透过光功率上升~1.379dB，且不同波长处也分别拥有较好的线性关系。论文研究了沉积还原氧化石墨烯的微纳光纤器件基于内泵浦光源的光可控特性，主要包括基于980nm的单波长光可控特性、宽带范围光可控特性和超连续激光范围光可控特性：II暨南大学硕士学位论文采用980nm光源作为内泵浦光与信号光源经波分复用器耦合，通过还原氧化石墨烯沉积微纳光纤器件，分别测量微纳光纤中1550nm信号光透过光功率的变化、1520-1620nm波长范围内的宽谱透过率和超连续激光谱。

6、实验表明，当980nm近红外光源功率从0mW变化到300mW过程中，裸微纳光纤对泵浦光的响应为~0.05dB；沉积还原氧化石墨烯的微纳光纤器件，在980nm近红外泵浦光功率上升阶段，透过光功率最大变化达~5.5dB，同时980nm光源对基于还原氧化石墨烯的微纳光纤器件光控特性的线性度为96.9%。实验表明，当980nm近红外光功率从0mW变化到400mW过程中，裸微纳光纤的宽带透过谱分别保持不变；沉积还原氧化石墨烯的微纳光纤器件，在980nm近红外光通光过程中平均透过光功率上升~0.621dB，且不同波长处也分别拥有较好的线性关系。实

7、验表明，当980nm近红外光功率从0mW变化到300mW过程中，裸微纳光纤的超连续光谱无明显的峰谷变化；沉积还原氧化石墨烯的微纳光纤器件，在980nm近红外泵浦光功率上升阶段，超连续光谱平均透过光功率上升~2.429dB，线性度为83.3%。本论文的创新点主要包括：1.论文中采用自然蒸发还原氧化石墨烯的沉积方法，相较于直接生长法、转移法制备石墨烯薄膜，更加方便简洁；2.论文提出将还原氧化石墨烯与微纳光纤器件复合的波导结构；3.在基于还原氧化石墨烯材料的整体光波吸收特性及超快饱和吸收特性的基础上，验证了单波长（405nm、980nm）、

8、宽带范围（1520nm-1620nm）乃至全光范围内的光可控特性；4.实验实现了利用低功率（mW量级）的泵浦光控制信号光的传输光功率。关键字：微纳光纤；石墨烯；还原氧化石墨烯；光传输特性；光可控特性；全光器件III暨南大