利用二氧化碳激光器加热法，将普通单模光纤拉制成微纳光纤，用湿法转移石墨烯覆盖在微纳光纤上构成复合波导，不同波长的光通过耦合器进入复合波导，以倏逝波的形式与石墨烯相互作用，开展石墨烯优先吸收特性的研究。当短波作为泵浦光时，随着入射强度的增长，测得输出端长波信号光光谱的变化，获得了约3.5 dB的调制深度，0.62 dB·mW-1的调制效率。当长波作为泵浦光并改变入射光强时，在输出端测得作为信号光的短波透过率变化约1.9%。实验结果表明，随着任意波长泵浦光入射光强的增长，复合波导对其表现出优先吸收的特性。实验还测试了长波和短波分别经过复合波导后透过率随输入功率的变化，得出长波的透过率增加速度比短波更快，并从能带和倏逝波两方面作出了对应的理论分析。

提出了一种基于石墨烯的复合波导调制器,用严格的三维数值仿真结果展示了该调制器的工作状态。利用调制器狭缝中的表面等离激元对电磁波的强约束,增强了光与石墨烯间的相互作用,提高了调制器的调制性能,调制效率可达0.197 dB·μm ^-1。在调制器长度为15 μm时,可实现调制深度为3 dB的开关键控效应,此时的插入损耗为0.4 dB,调制带宽可达1.85 GHz。设计了与输入波导相连接的耦合器,在耦合器总长度仅为1 μm的条件下,实现了86.6%的耦合效率。

提出了一种高电光转换效率的新型复合波导半导体激光器结构(Composite Waveguide LD, CWG LD)。该器件结构高的电光转换效率得益于其所采用的Al组分阶梯分布AlxGa1-xAs波导层。通过优化设计波导层电阻率分布及能带分布, CWG LD结构在保证输出光功率的同时, 可以有效地降低器件串联电阻并提高电光转换效率。结合理论分析及计算机数值仿真软件, 分析了复合波导提升器件电光转换效率的机理。经优化, 在激光器条宽为6 μm、腔长为1 000 μm的情况下, 波导层阶梯数为1时CWG LD结构可以获得最大的电光转换效率。研究结果表明: 在注入电流为900 mA时, CWG LD结构的串联电阻由常规波导器件结构的3.51 Ω降低为2.67 Ω, 电光转换效率由54.7%提升至69.5%。

中国科学院“计划”择优支持项目和国家973计划 (2009CB320300)资助课题。