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石墨烯作为一种特殊的二维材料,具有很多优良的物理性质。近年来,将石墨烯和微纳光子学结合的研究也越来越受到国内外学者的关注,相关的研究也取得了很大进展,例如,基于石墨烯的高效吸收器,偏振转化器,光调制器以及其他器件。在光学上,石墨烯有很强的吸收效果,在中红外,太赫兹波段能够激发表面等离子激元,同时,通过化学掺杂或者电调控改变石墨烯的费米能级,能够实时改变石墨烯的电导率。在本论文中,我们研究了基于石墨烯的可调谐微纳光电器件,主要包括中红外波段吸收器,偏振控制器,以及近红外波段的光调制器和光开关。主要工作包括:(1)提出了一种中红外波段的可调谐吸收器。通过设计合适的石墨烯光栅条,激发石墨烯的表面等离子激元,利用微腔增强石墨烯和入射光的相互作用,使得石墨烯的吸收作用显著增强,同时通过调控石墨烯的费米能级改变吸收波长,从而获得中红外波段的可调谐吸收器。(2)提出了一种中红外波段的偏振控制器。通过设计金属光栅/石墨烯的混合结构,利用石墨烯电导率可调控的特性改变金属光栅的表面等离子共振频率,改变反射光的两个正交方向的相位差和振幅比,进而获得在同一结构上能够实时调控反射光偏振态的光电器件。(3)提出了基于石墨烯和金属微纳结构的近红外光通讯波段的光调制器和光开关。采用多层石墨烯和微腔结构来增强石墨烯对金属光栅的调控作用,通过改变石墨烯的费米能级,实时改变入射光的反射率,从而实现在1550nm波长处的可调谐光调制器和光开关的功能。进一步改变光栅结构参数,得到了1400nm-1700nm波段的宽波段光开关,同时优化后的光栅结构也大大提高了制作工艺的容忍度。最后设计了二维纳米结构,得到了在1400nm-1700nm宽波段内无偏振依赖的光开关。(4)实验制作了石墨烯/金属复合结构的宽波段光开关原型器件。通过电子束蒸发和离子束溅射制备金属与介质薄膜。用化学气相沉积法(CVD系统)制备石墨烯薄膜,将石墨烯用湿法转移的方式转移到器件的多层结构中。通过离子束刻蚀(FIB)制作了金属光栅,后续完成了样品的初步制作和检测。