石墨烯在光电子器件中的应用
石墨烯在电子器件中的应用
石墨烯在电子器件中的应用石墨烯，由一个碳原子层面组成的二维晶体结构，在近年来备受科学家们的关注。
因其独特的物理和化学特性，石墨烯被广泛认为是未来电子器件中的潜在材料。
本文将重点讨论石墨烯在电子器件中的应用。
一、石墨烯的基本特性石墨烯是由碳原子通过共价键相连而构成的二维晶体结构。
它具有高度的导电性、热导性和机械强度，以及优异的光吸收性能。
此外，石墨烯具有极高的表面积，可以提供丰富的活性位点，使其在电子器件应用中具有巨大潜力。
二、石墨烯在输运器件中的应用1. 晶体管（Transistor）传统晶体管是电子器件中最基本的构建单元，石墨烯作为一种理想的载流子传输介质，可以用来替代传统的硅材料。
石墨烯的高电子迁移率和优异的导电性能使其在晶体管中可以实现更高的开关速度和更低的功耗。
2. 过程器（Processor）过程器是计算机的核心组件，其性能直接影响着计算机的整体速度和效率。
石墨烯在过程器中的应用可以大幅提升计算速度和处理能力。
石墨烯晶体管的小尺寸和高频率特性使得它具备了更高的集成度和更快的信号传输速率，可以实现更复杂的计算任务。
三、石墨烯在存储器件中的应用1. 随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）RAM是计算机存储器的重要组成部分，用于存储数据。
石墨烯作为一种优异的导电材料，可以用来构建非易失性存储器。
通过石墨烯的导电特性，可以实现更快的数据读写速度和更低的功耗。
2. 闪存存储器（Flash Memory）闪存存储器是一种常见的非易失性存储器，广泛用于计算机、手机等电子设备中。
石墨烯由于其高导电性和高度的稳定性，可以作为闪存存储器的存储介质。
利用石墨烯在不同电位下的电导率变化，可以实现更快的数据存储和更长的数据保持时间。
四、石墨烯在显示器件中的应用1. 有机发光二极管（Organic Light Emitting Diode，OLED）OLED是一种新兴的显示技术，具有较高的亮度、色彩鲜艳和较低的功耗。
石墨烯的应用
石墨烯的应用
石墨烯是一种具有单层碳原子排列成的二维晶格结构的材料，具有许多独特的物理、化学和机械性质，因此在多个领域都有广泛的应用。
以下是一些常见的石墨烯应用：
1.电子器件：由于石墨烯具有高电子迁移率、高载流子迁移率和优异的电导率，因此被广泛应用于电子器件中，如场效应晶体管（FET）、透明导电膜、逻辑电路等。
2.光学器件：石墨烯具有宽带隙和高吸收率的特点，可用于太阳能电池、光电探测器、激光器等光学器件中，提高光电转换效率和传感性能。
3.储能设备：石墨烯在锂离子电池、超级电容器等能量存储设备中具有重要应用。
其大表面积、高电导率和快速离子传输性能有助于提高能量密度和充放电速度。
4.传感器：石墨烯具有高比表面积和化学惰性，可用于气体传感器、生物传感器等传感器设备中，检测环境中的气体、生物分子等。
5.强化材料：石墨烯可以增强复合材料的力学性能，提高材料的强度、刚度和耐磨性，常用于航空航天、汽车制造、体育用品等领域。
6.生物医学：石墨烯在生物医学领域具有潜在应用，可用于药物输送、生物成像、组织工程等。
其生物相容性和表面修饰的可调控性使其成为生物医学材料的研究热点。
7.热管理：石墨烯具有优异的热导率和导热性能，可用于热界面材料、散热器、导热膏等热管理领域，提高热传递效率。
总的来说，石墨烯作为一种多功能的纳米材料，在电子学、光学、能源、生物医学和材料科学等领域都有着广泛的应用前景。
石墨烯光电特性的研究与应用
石墨烯光电特性的研究与应用随着中国科学家们在石墨烯领域的发现和研究不断深入，石墨烯作为一种新型材料，已经引起了世界范围内的广泛关注。
其中，石墨烯的光电特性更是备受关注。
本文将从石墨烯的光电特性出发，探讨其研究现状及应用前景。
一、石墨烯的光电特性石墨烯，简单来说就是由碳原子组成的二维晶体材料，在其表面和边缘都具有非常优异的光学和电学性质。
其中，石墨烯的光电特性，主要表现在以下几个方面：1. 显著的吸收和折射：石墨烯具有显著的光学吸收效应，可将光线以超过97%的效率吸收。
同时，石墨烯的相对折射率也非常明显。
2. 高透过率和透射率：石墨烯的透射率非常高，可以达到97.7%。
同时，其透过率也达到了80%以上。
由此，石墨烯的透明度可以与玻璃媲美。
3. 明显的光学非线性效应：石墨烯具有显著的光学非线性效应，可用于激光器等光学器件。
4. 热光学效应：石墨烯还具有显著的热光学效应，可用于热传输和热管理等领域。
5. 其他优异性质：石墨烯还具有优异的电学性能，例如高载流子迁移率以及超短的载流子寿命等。
通过对石墨烯的这些光电特性的研究与探索，科学家们逐渐发现了石墨烯在多个领域的广泛应用前景。
二、石墨烯光电特性的研究现状1. 石墨烯的光学吸收研究石墨烯对光的吸收效应非常显著，可以达到超过97%的效率。
石墨烯的光学吸收研究主要针对其光学学习特性进行探讨。
例如，一项研究发现，单层石墨烯对于可见光的吸收率与入射光的波长呈反比例关系。
此外，随着石墨烯层数的增加，其对光的吸收效率也会逐渐降低。
2. 石墨烯的透明性研究石墨烯的透明度极高，可与玻璃媲美。
石墨烯的透明性研究主要探讨石墨烯的透过率与其在不同波长下的透明度，以及石墨烯的光学和电学制备方法等。
3. 石墨烯的光电器件研究石墨烯的光电性能非常优异，已经被应用于多种光电器件的制备中。
例如，石墨烯被用于制造柔性纤维型光电器件等。
此外，石墨烯与其他材料的复合也被广泛研究。
4. 其他石墨烯光电特性的研究石墨烯作为一种新型材料，其光电特性还有很多有待探索的领域。
石墨烯在光伏领域中的应用
石墨烯在光伏领域中的应用石墨烯是目前世界上最薄的材料，仅有一个原子厚度，却具有出色的导电性和光学性能。
这 unique 的特质使得石墨烯成为了近年来科学界研究热点之一，同时也被广泛地应用于各个领域。
其中，在光伏领域，石墨烯的应用也逐渐受到人们的重视。
一、石墨烯在光伏领域中的应用概况石墨烯在光伏领域中的应用主要有两个方向。
一是用石墨烯制造太阳能电池，以提高电池效率和降低成本；另一个方向是用石墨烯制造光伏材料，以提高光伏材料的转化效率和耐久性。
在太阳能电池方面，石墨烯的最大优势是能够提高电池的效率。
由于其超强的导电性和光学透过率，可以充分吸收太阳光，并将电子传导到电极上，从而提高电池的发电效率。
同时，石墨烯还可以被用作窄带透射滤光器，防止太阳光在太阳能电池内部的反射和损耗。
在光伏材料方面，石墨烯的应用主要是作为光伏材料的增强剂和防腐剂。
石墨烯可以被添加到传统的光伏材料中，加强光伏材料的力学性能和稳定性，同时减少材料的老化速度，提高材料的使用寿命。
此外，石墨烯还可以作为光敏器件的基底材料，以提高器件的转化效率和降低功率损耗。
二、石墨烯在太阳能电池中的应用石墨烯作为太阳能电池的材料，主要有两种应用方式：一是用石墨烯制造电极，二是将石墨烯作为添加剂加入到其他材料中。
目前，用石墨烯制造电极的方法已经被广泛地研究和应用。
石墨烯可以被用作电极材料，主要是由于其极高的导电性和电子移动能力。
最近的一项研究表明，用石墨烯制造的电极可以提高太阳能电池的效率，同时还能有效地防止电池老化。
此外，石墨烯还可以被使用于半透明太阳能电池中，如果将石墨烯的透明性和导电性相结合，可以制造出高透明度、高通量的太阳能电池。
除了作为电极材料，石墨烯还可以被添加到其他材料中，用于改进太阳能电池的性能。
例如，石墨烯可以被添加到有机太阳能电池中，通过提高材料的导电性和光学透过率，提高了太阳能电池的转换效率。
同时，石墨烯还可以被添加到铜铟镓硒的薄膜太阳能电池中，以保护太阳能电池免受湿度和氧气的氧化，提高太阳能电池的稳定性和使用寿命。
石墨烯的光学特性研究
石墨烯的光学特性研究石墨烯是一种由碳原子构成的单层蜂窝结构的二维材料。
由于其特殊的结构和独特的电子结构，石墨烯展现出了丰富的光学特性。
在本文中，我们将探讨石墨烯的光学特性及其在光电子学领域的应用。
首先，石墨烯的吸收特性非常强大。
石墨烯对整个可见光谱和近红外光都有良好的吸收能力。
石墨烯的光吸收率高达 2.3%，远高于其他吸收材料。
石墨烯的光吸收谱呈现出宽带特性，可以吸收多个波长区域的光线。
这使得石墨烯在太阳能电池、光传感器和光探测器等光电子学器件中有着广泛的应用前景。
其次，石墨烯的折射率也是其光学特性的一个重要指标。
石墨烯的折射率接近于1，远低于常见的材料如玻璃或者金属。
这种极低的折射率使得石墨烯在光学透镜和超薄光学器件中具有广泛的应用潜力。
例如，石墨烯薄膜可以用来制造超薄透镜，实现对可见光和红外光的聚焦，为纳米光学元件的制备提供了一种全新的方法。
此外，石墨烯还具有优异的光电转换能力。
石墨烯可以将吸收到的光子能量转化为电子，即光电效应。
这种光电转换能力使得石墨烯在太阳能电池、光电探测器和光电传感器等领域有重要的应用价值。
石墨烯薄膜作为一种透明导电膜，可以在太阳能电池中作为电极材料，提高光电转换效率。
此外，石墨烯还可以用于制造高灵敏度的光传感器，实现对微小光信号的检测。
石墨烯的光学特性是由其特殊的能带结构决定的。
石墨烯的能带结构呈现出锥涡状，且带隙为零。
这种特殊的能带结构使得石墨烯的载流子能量和动量关系呈现出线性关系，即石墨烯的载流子是无质量的狄拉克费米子。
这种结构与性质使得石墨烯在光学特性方面表现出独特的行为。
石墨烯薄膜中的载流子不仅具有高迁移率，还可以通过电场调控实现能带结构的调节，从而实现对光学特性的调控。
除了以上提到的光学特性之外，石墨烯还具有极高的非线性光学效应、超快的光响应速度以及优异的光稳定性等特性。
这些特殊的光学性质使得石墨烯在激光器、光通信以及光纤传感器等领域具有重要的应用潜力。
综上所述，石墨烯具有丰富独特的光学特性，在光电子学领域具有广泛的应用前景。
石墨烯在柔性光电子器件中的应用研究
石墨烯在柔性光电子器件中的应用研究石墨烯是一种具有独特性质的二维材料，其具有极高的电子迁移率和热导率，以及出色的柔韧性。
这使得石墨烯在柔性光电子器件中具有巨大的应用潜力。
本文将探讨石墨烯在柔性光电子器件中的应用研究。
柔性光电子器件是一种能够在弯曲、拉伸等变形条件下工作的电子设备。
其常见应用包括可穿戴设备、柔性显示屏和可折叠电子产品等。
然而，由于传统材料的限制，柔性光电子器件的性能和稳定性一直存在局限。
而石墨烯作为一种新型材料，其独特的性质使其成为了改善柔性光电子器件性能的理想候选。
首先，石墨烯的高电子迁移率使其成为柔性光电子器件中的理想导电材料。
电子迁移率是材料中电荷传输速度的度量，石墨烯的电子迁移率达到数千cm²/Vs，远高于传统的金属和半导体材料。
这意味着石墨烯能够在柔性器件中实现更高的电子流动效率和更快的响应速度。
比如，石墨烯可以被用作柔性触摸传感器的电极材料，提供更高的灵敏度和更精确的触控体验。
其次，石墨烯的独特光电性质使其成为柔性光电子器件中的重要元素。
石墨烯可以吸收宽波长的光谱，其光学吸收性能在可见光和红外线范围内尤为显著。
这为石墨烯在光电子器件中的应用提供了广阔的可能性。
例如，石墨烯可以用于制造高灵敏度的柔性光传感器，可以用于检测光强度的变化，并将其转化为电信号。
此外，石墨烯还可以用于制造柔性光电二极管和太阳能电池等光电子器件，以进一步提高能量转换效率和器件的可靠性。
此外，石墨烯的出色柔韧性也为柔性光电子器件的制造提供了便利。
由于石墨烯是一种极薄的材料，其在弯曲和变形时能够保持较好的稳定性和导电性能。
这使得石墨烯可以被用作柔性电极材料，例如可穿戴设备和可弯曲显示屏中的电极。
同时，石墨烯的柔韧性还使得光电子器件更容易与人体曲线相匹配，提供更舒适和自然的穿戴体验。
然而，目前石墨烯在柔性光电子器件中的商业应用还面临一些挑战。
首先，石墨烯的大规模制备是一个关键问题。
目前，石墨烯的制备大多以机械剥离法为主，但这种方法成本高昂且效率低下。
高纯度石墨烯用途
高纯度石墨烯用途
高纯度石墨烯具有许多潜在的应用领域。
以下是一些常见的用途：
1. 电子学和纳米电子学：高纯度石墨烯具有优异的电子传输性能，可用于制备高性能的半导体器件、电极材料和导电材料。
它可以应用于智能手机、平板电脑、显示器等电子产品中。
2. 能源储存：石墨烯具有高比表面积和优异的电导性能，可用于制备高性能的锂离子电池、超级电容器和燃料电池。
3. 材料强化剂：高纯度石墨烯可用作填充剂，增强材料的力学性能。
它可以应用于塑料、橡胶、复合材料等领域，提高材料的强度和硬度。
4. 光学应用：石墨烯具有优异的光学性能，如高透明度、宽波段吸收和强烈的拉曼散射。
它可以应用于光电子器件、传感器和光学涂料中。
5. 生物医学：高纯度石墨烯在生物医学领域具有广泛的应用前景，如药物传输、生物传感器、组织工程和癌症治疗等。
6. 水处理：石墨烯具有高效的吸附性能和氧化性，可用于水处理、废水处理和污水处理中的去除有害物质。
7. 润滑剂：石墨烯的层状结构使其在润滑领域具有优异的表现。
高纯度石墨烯可以用作高温润滑剂、固体润滑剂和润滑涂层。
这些仅是高纯度石墨烯的一些常见应用，随着研究和技术的发展，石墨烯的更多应用领域可能会被发现。
石墨烯傅里叶红外透射光谱
石墨烯傅里叶红外透射光谱石墨烯是一种由碳元素形成的单层二维材料，它具有高导电性、高热传导性和高强度等卓越的物理性质。
随着对石墨烯的深入研究，科学家们开始关注石墨烯在光电子学中的应用。
其中，傅里叶红外透射光谱技术是一种重要的手段。
傅里叶红外透射光谱技术可以用于分析材料的分子结构、化学成分和细微结构，对于石墨烯这样的材料也非常适用。
下面，我们来看一下具体的应用。
1. 晶格振动模式分析石墨烯的晶格振动模式可以通过傅里叶红外透射光谱技术来分析。
具体地，通过石墨烯样品透射红外光，可以测量到光谱图像，从中识别出不同的峰值。
这些峰值代表了石墨烯中不同的振动模式，例如碳-碳键振动、碳酸基振动等。
2. 表面化学分析石墨烯表面的化学性质对于其光学和电学性质有着很大的影响。
傅里叶红外透射光谱技术可以通过表面吸附分子的振动光谱，来分析石墨烯表面的化学性质。
这种分析方法对于石墨烯表面的修饰和功能化研究非常有帮助。
3. 光学性质分析石墨烯具有很强的光学吸收和透射性能，可以广泛应用于光电器件中。
傅里叶红外透射光谱技术可以通过测量不同波长下石墨烯的透射光谱，来分析其吸收特性。
这对于石墨烯的光学性质研究非常重要。
4. 动力学特性分析傅里叶红外透射光谱技术可以通过测量石墨烯在不同环境下的光谱变化来分析其动力学特性。
例如，在不同温度、湿度、气压等条件下，石墨烯的透射光谱和振动频率均会发生变化。
这对于石墨烯在不同环境条件下的行为模拟和预测具有很重要的意义。
总之，傅里叶红外透射光谱技术在石墨烯光电子学中的应用非常广泛，它为石墨烯的研究和应用开辟了新的途径，也为石墨烯在光电子学领域的实际应用提供了重要支撑。
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石墨烯在光电子器件中的应用摘要：石墨烯是目前发现的唯一存在的二维自由态原子晶体，有着优异的机械性能、超高的热导率和载流子迁移率、超宽带的光学响应谱，以及极强的非线性光学特性。
且因其卓越的光学与电学性能及其与硅基半导体工艺的兼容性，石墨烯受到了各领域学科的高度关注。
本文重点综述了石墨烯在超快脉冲激光器、光调制器、光探测器、表面等离子体等光电子器件领域的应用研究进展，并对其未来发展趋势进行了进一步的分析。
关键字：石墨烯;光调制器;光探测器;超快脉冲激光器;表面等离子体;1、前言石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，具有独特的零带隙能带结构，是一种半金属薄膜材料。
石墨烯不仅有特殊的二维平面结构，还有着优良的力学、热学、电学、光学性质。
其机械强度很大，断裂强度比优质的钢材还要高，同时又具备良好的弹性、高效的导热性以及超强的导电性。
石墨烯又是一种禁带宽度几乎为零的特殊材料，其电子迁移速率达到了1/300光速。
由于石墨烯几乎是透明的，因此光的透过率可高97.7%。
此外，石墨烯的加工制备可与现有的半导体CMOS(Complementary metal-oxide-semiconductor transistor)工艺兼容，器件的构筑、加工、集成简单易行，在新型光电器件的应用方面具有得天独厚的优势。
目前，人们已利用石墨烯开发出一系列新型光电器件，并显示出优异的性能和良好的应用前景。
2、石墨烯的基本性质石墨烯具有独特的二维结构，并且能分解为零维富勒烯，也可以卷曲成一维碳纳米管，或堆积成为三维石墨。
石墨烯力学性质高度稳定，碳原子连接比较柔韧，当施加外力时，碳原子面就会发生弯曲形变。
在理想的自由状态下，单层石墨烯并非完美的平面结构，表面不完全平整，在薄膜边缘处出现明显的波纹状褶皱，而在薄膜内部褶皱并不显，多层石墨烯边缘处的起伏幅度要比单层石墨烯稍小。
这也说明了石墨烯在受到拉伸、弯曲等外力作用时仍能保持高效的力学稳定性。
在一定能量范围内,石墨烯中的电子能量与动量呈线性关系，所以电子可视为无质量的相对论粒子即狄拉克费米子。
通过化学掺杂或电学调控的手段，可以有效地调节石墨烯的化学势，使得石墨烯的光学透过性由“介质态”向“金属态”转变。
石墨烯的功函数与铝的功函数相近，约为4.3eV，因此在有机光电器件中有望取代铝来做透明电极。
近年来所观测到的显著的量子霍尔效应和分数量子霍尔效应，证实了石墨烯是未来纳米光电器件领域极有前景的材料。
3、基于石墨烯的光调制器3.1 直波导结构石墨烯光调制器光学调制是改变光的一个或多个特征参数，并通过外界各种能量形式实现编码光学信号的过程。
对光学调制器件的评价有调制带宽、调制深度、插入损耗、比特能耗以及器件尺寸等性能指标。
大多数情况下，光在材料中的行为可通过材料折射率的变化来预测，所以光学调制的过程实际上也是一个材料折射率变化的过程。
光学调制的方式有很多，比如电光、热光、声光调制等。
在以上诸多的方式中，电光调制具有速度快、带宽高等优点，是目前研究的热点。
所谓电光调制，就是指外加电场引起材料折射率实部与虚部的变化，实部的变化称为电致折射，虚部的变化称为电致吸收。
现阶段研究的调制器的有源材料主要有硅、Ⅲ-Ⅳ族化合物以及电光材料 LiNbO3等。
但是，传统光调制器工作带宽较窄、器件尺寸难以进一步缩小的缺点限制了其在宽带大数据传输当中的应用。
相较之下，基于石墨烯的光调制器因具有宽波段可调、调制速度快、有源区尺寸小等优势而备受关注。
2011年，科学家在《Nature》杂志发表研究论文报道了基于石墨烯材料的波导集成光调制器，将单层石墨烯材料铺覆在硅波导表面，通过电调谐石墨烯材料的费米能级，改变材料的光吸收特性，实现光学信“0”和“1”之间的开关调制。
该器件有着众多优点，包括:宽的光学带宽(1.35～1.6μm)、大的调制深度(0.1 dB/μm)、小的尺寸(25μm^2)等。
如此紧凑的尺寸及优越的性能为实现光学器件的高密度集成及片上光通信提供了新颖可行的思路和技术方案。
另外，石墨烯超快的载流子迁移率以及与 CMOS 工艺可以相兼容的特性使其在调制器方面的前途一片光明。
2012年,该组在原有工作基础上，改用双层石墨烯代替单层石烯，从而避免引入硅材料作为栅极,克服了硅光子所造成的影响，从而获得更高的调制深度。
目前，这些波导集成调制器所面临的主要问题之一就是石墨烯与光的相互作用并未达到最强。
针对这个问题，Kim等在2011年提出了脊形波导调制器的结构模型(下图)：主要的设计思想是在图中器件结构的基础上，在顶层单晶硅上蒸镀一层多晶硅，将光场最大地限制在石墨烯层附近，理论模拟的光场分布见下图：此外，为防止Al2 O3降低石墨烯的载流子迁移率，故将其换成六方氮化硼(hBN)。
同时由于hBN较低的介电常数，使得器件的电容电阻时间常数也降了，最终可以使调制深度与调制速率都得到较大幅度的提升。
此外，因为开关过程中有带内跃迁的参与，而带内弛豫时间小于带间弛豫时间，故该器件在理论上具有超高的调制速度。
3.2 微环结构石墨烯光调制器环形谐振结构自2005年被应用于调制器领域后便备受青睐。
环形谐振指的是光从直波导耦合进入微环当中，传输一周后会与后续进入微环中的光学信号发生干涉效应，最终选择性的输出一部分光，剩下的部分光会在微环中完全损耗掉，即发生谐振效应。
环形谐振结构的调制器有两大优点:较大的消光比以及较小的尺寸，2011年，Bao等首次提出了基于单层石墨烯环形谐振结构的调制器模型，见下图：2012年，Midrio等在此工作的基础上又提出了双层石墨烯环形谐振结构调制器，并使用有限元等数值模拟方法对该器件作了深入的研究。
该调制器通过在垂直叠加的两片石墨烯上施加电压形成可以调制其费米能级的电场，并通过改变外加电压实现调节其吸收系数的目的，进而改变环形波导处的传输系数，最终实现调制器从临界耦合状态到非临界耦合状态的转换，形成开关路。
模拟表明，它的消光比能够达到44 dB。
此外，该调制器的开关电压以及比特能耗最低分别能达到1.2V和10～30 fJ /bit，同时它的理论带宽可达到100 GHz。
3.3垂直透射式石墨烯结构光调制器垂直透射式石墨烯结构光调制器适用于需要低插入损耗、自由空间的应用场合，比如高Q 值激光谐振腔中的振幅调制。
2012年Lee等首次制备出基于单层石墨烯的反射式平面调制器，如下图所示：图中的银镜既充当背电极，也作为反射面。
测试结果显示，该器件的 3dB 带宽能够达到154MHz。
如下图：此外，它的有源面积大于7850 μm^2，这一特性令其有可能应用到激光器和有源干涉仪等光电器件上。
Polat等提出了另外一种垂直入射式调制器。
如下图：他们将石墨烯分别转移到两个石英基底上，并面对面放在一起，之后用电解质填充石墨烯间的空隙，最终形成一个超级电容器结构。
在两端石墨烯上加电压，调节其费米能级，实现光学信号的调制。
为避免单层石墨烯调制深度小这一问题，采用多层石墨烯以及反射式结构增强其与光的相互作用，最终获得超宽的光学带宽以及较高的调制效率。
限制石墨烯光调制器应用一主要的原因是受电阻电容时间常数的限制，石墨烯光调制器中的串联电阻还比较大，其中大部分电阻来源于石墨烯与电极的接触电阻。
目前，基于石墨烯的光调制器虽已取得重大进展，然而仍面临调制深度小(开关比小)、插入损耗大和能量消耗大等问题，要实现在光互联技术中的实际应用仍有很长路要走。
4、基于石墨烯的光探测器4.1基于石墨烯的超快、宽波段光探测器作为一种典型的低维形态碳质材料，石墨烯兼具超快的载流子迁移率，零带隙结构，宽带光吸收的优异特性，使其作为活性层应用到光探测器中可具有超越其他半导体探测器的显著优势。
2010年，Mueller及其团队采用非对称电极结构取代了原有的对称电极结构，增强了内建电场对载流子的分离作用器件响应度得到很大的提高，并且可工作在10 Gbit/s下，通过实验证实了石墨烯光探测器在高速光通信领域的巨大应用潜力。
石墨烯的零带隙结构导致其作为光电响应材料有不可忽视的缺陷:光生载流子复合速度过快，不能有效分离，且暗电流过高，使得石墨烯光探测器无法达到很高的响应度以及量子效率。
除此之外，单层石墨烯过低的光吸收系数也是限制器件性能提高的主要因素。
针对这些问题，研究者们尝试了等离子体增强、共振腔增强和异质结构复合等方法，以期能够提高石墨烯光探测器的性能。
4.2等离子体增强的石墨烯光探测器将金属纳米颗粒耦合到石墨烯表面，通过这种纳米结构的表面等离子体效应可以将吸收的光能转化为等离子共振，从而增强局域电场，而这种局域场在促进石墨烯内部光生载流子的产生、分离和传输等方面起到了重要作用。
通过改变纳米结构的构型，可实现对特定波长入射光信号的选择性响应。
纳米等离子体结构增强器件光电响应的机制主要分为两种:其中一种机制是纳米结构中产生的热载流子可以通过等离子体弛豫传输到石墨烯导带中，从而增加其载流子浓度;另一种机制则是通过纳米结构的等离子近场效应直接引发石墨烯内部电子的激发和跃迁，从而增大光电流信号。
4.3 微腔石墨烯光探测器石墨烯较弱的光吸收能力是阻碍石墨烯光探测器效率提高的主要原因之一。
利用光学共振腔增强石墨烯对光的吸收是一种较为有效的方法。
2012年，Engel等首次将石墨烯晶体管与平面光学微腔进行整片集成。
他们发现，与不使用光学微腔时相比，光探测器的光电流增强了20倍，这是由于光学微腔的光学限域效应可有效增强其内部介质对特定波段光的吸收。
此外，他们还发现光学微腔可以有效地调控集成在其内部的石墨烯器件的电子传输性能，进而调控器件的光电流。
4.4 波导型石墨烯光探测器近年来，硅基光电子器件由于本身的一些材料属性，如硅具有不可调的间接带隙，弱电光调制效应特点，使得纯硅光电子器件在实际应用上面临着一些技术瓶颈。
石墨烯以其优异的光电特性展露出巨大的应用潜力。
将石墨烯与硅基光子器件进行集成来制备光探测器件，目前已取得了显著成果。
2013年，《Nature Photonics》杂志同一期报道了3个独立研究团队在石墨烯-硅波导集成光探测器方面取得的最新研究进展。
他制备的器件具有类似的基本结构，如下图：（a）（b）这种结构的主要特点在于:波导的作用是限制和传播光信号的瞬逝电场，电场在传播过程中会不断激发石墨烯中光载流子和热载流子的产生。
基于这种结构的石墨烯光探测器具有能和CMOS工艺兼容的优势，且可探测信号的波长从可见至中红外波段。
上述表明石墨烯-硅波导集成的光探测器在高速光通信领域具有较高的应用价值。
5、石墨烯在激光器上的应用超短脉冲激光器的实现主要有调Q和锁模两种方法，调Q方法可以输出脉冲宽度在微秒级和纳秒级脉冲，具有脉冲能量极高的特点。