石墨烯在光电子器件中的应用.
石墨烯薄膜用途
石墨烯薄膜用途石墨烯是一种由碳原子排列成六角形的单层薄膜，具有许多引人注目的特性，因此具有广泛的应用潜力。
石墨烯薄膜在许多领域都具有重要的用途，以下将详细介绍。
首先，石墨烯薄膜在电子学领域具有重要的用途。
由于石墨烯是一种具有导电性的材料，电子在其表面可以以极快的速度移动，使得石墨烯可以用作高性能晶体管材料。
石墨烯晶体管可以替代传统的硅晶体管，具有更高的电子迁移率和更低的能耗。
此外，石墨烯还具有非常好的光透过性，可以用于制造透明导电薄膜，用于触摸屏、太阳能电池等器件。
其次，石墨烯薄膜在能源领域有着广泛的应用前景。
石墨烯具有高度的机械强度和良好的柔韧性，可以用来制造超级电容器和锂离子电池等储能装置，具有更高的能量密度和更长的循环寿命。
石墨烯还可以用作太阳能电池的电极材料，可以提高太阳能电池的转化效率。
第三，石墨烯薄膜在化学领域也具有重要的用途。
由于石墨烯具有大量的表面活性位点和高度的化学稳定性，可以用作吸附材料和催化剂载体。
石墨烯可以吸附和催化许多有机物和无机物，具有广泛的应用潜力，例如水处理、废气净化和有机合成等领域。
此外，石墨烯薄膜在传感器技术方面也有广泛的应用。
由于石墨烯具有极高的比表面积和超好的电子传输特性，可以制造出高灵敏度和高选择性的传感器。
石墨烯传感器可以用于检测环境中的气体、液体和生物分子，例如气体传感器可用于检测有害气体，生物传感器可用于检测疾病标志物。
最后，石墨烯薄膜在光学和光电子学领域也有着重要的应用。
由于石墨烯可以吸收从紫外线到远红外线的光谱范围内的光线，并产生极高的光电转换效率，因此可以用来制造光探测器、光学调制器和激光器等器件。
此外，石墨烯还具有优异的非线性光学性质，可以用于制造光学逻辑门和光通信设备。
总之，石墨烯薄膜具有广泛的应用潜力，并在电子学、能源学、化学、传感器技术、光学和光电子学等领域都有着重要的用途。
随着石墨烯材料研究的不断深入，相信石墨烯的应用前景会在未来得到更加广泛的开发和应用。
石墨烯的光学吸收率与光学透过率
石墨烯的光学吸收率与光学透过率石墨烯是一种新兴的二维材料，由单层碳原子组成。
由于其独特的结构和电子性质，石墨烯在光学领域引起了广泛的关注。
本文将重点探讨石墨烯的光学吸收率和光学透过率。
一、石墨烯的光学吸收率石墨烯的光学吸收率是指在光的作用下，石墨烯对光能的吸收能力。
石墨烯的光学吸收率与其能带结构及电子态密切相关。
石墨烯的电子结构包括两个能带，即价带和导带。
价带中填满了电子，而导带中没有电子。
在石墨烯中，光的能量范围覆盖了可见光和红外光区域。
当光照射到石墨烯上时，能量等于或大于石墨烯带隙的光子将激发出电子-空穴对。
这些光电子对的形成导致了石墨烯光学吸收率的增加。
石墨烯的光学吸收率与光子能量的关系是个复杂的问题。
根据研究发现，石墨烯在可见光和红外光区域的光学吸收率非常低，只有约 2.3%左右。
这是由于石墨烯的带隙极小，对光子的吸收能力较弱所致。
此外，石墨烯的光学吸收率还受到其厚度、化学修饰和外加电场等因素的影响。
较厚的石墨烯薄片通常具有更高的光学吸收率。
石墨烯的化学修饰可以通过调控光学吸收率来实现对其光学性质的调控。
外加电场可以改变石墨烯的电子结构，从而对光学吸收率产生影响。
二、石墨烯的光学透过率石墨烯的光学透过率是指光穿过石墨烯的能力。
与光学吸收率相比，石墨烯的光学透过率相对较高。
当光照射到石墨烯上时，部分光子会被石墨烯吸收，而剩余的光子则会透过石墨烯。
石墨烯的光学透过率主要受到其厚度的影响。
在较薄的石墨烯薄片中，由于吸收的光子较少，从而导致较高的光学透过率。
随着石墨烯薄片厚度的增加，光学透过率会下降。
此外，石墨烯的光学透过率还受到光的波长和入射角度的影响。
对于不同波长的光，石墨烯的光学透过率也会有所差异。
通常情况下，入射角度较小的光具有较高的透过率，而随着入射角度的增加，光学透过率会逐渐下降。
三、石墨烯的应用前景石墨烯在光学领域具有广泛的应用前景。
基于石墨烯的低光学吸收率和高光学透过率特性，可以应用于光学器件、光伏和光电子学等领域。
石墨烯碳量子点
石墨烯碳量子点
石墨烯碳量子点是一种新型材料，由于其极小的尺寸、优良的光
电性能以及良好的生物相容性，已经引起了许多研究者的关注。
下面
我们将围绕石墨烯碳量子点，详细介绍它的制备方法、特性以及应用。
一、制备方法
制备石墨烯碳量子点的方法有多种，以下是其中比较常用的两种：
1. 氮化法制备：将淀粉等富含碳的物质通过氮化反应，制备出
含氮化合物。
接着通过高温自燃、芳香化等反应，将含氮化物转化为
含碳化物。
最后通过控制反应条件，将含碳化物还原成石墨烯碳量子点。
2. 水热法制备：将石墨烯氧化物与硫酸等反应得到硫酸化石墨烯，再通过水热反应，使硫酸化石墨烯还原为石墨烯碳量子点。
二、特性
石墨烯碳量子点具有以下特性：
1. 极小的尺寸：石墨烯碳量子点的直径一般在1~10nm之间，因
此具有极高的比表面积。
2. 优良的光电性能：石墨烯碳量子点具有良好的光稳定性、发
光性能以及光吸收性能。
3. 生物相容性好：石墨烯碳量子点不含重金属等有害物质，具
有良好的可生物降解性和生物相容性。
三、应用
石墨烯碳量子点的应用领域非常广泛，以下是其中几个重要的应
用领域：
1. 生物成像：石墨烯碳量子点因其优良的光学性质，被广泛用
于生物标记、细胞成像和组织成像。
2. 纳米电子器件：石墨烯碳量子点因其优良的光电性质，在纳
米电子器件中具有广泛的应用前景。
3. 光电转换：石墨烯碳量子点可以用于太阳能电池、发光二极
管等光电转换领域。
总之，石墨烯碳量子点是一种具有重要应用价值的新型材料，目前的研究还只是冰山一角，未来还有很多应用前景有待发掘。
二维材料特性及其在纳米光电学领域的关键应用
二维材料特性及其在纳米光电学领域的关键应用引言纳米光电学作为纳米科学领域的重要分支，研究了纳米尺度下光与电子相互作用的基本规律和现象。
近年来，二维材料因其独特的物理特性和广泛的应用前景成为纳米光电学研究的焦点之一。
本文将探讨二维材料的特性，以及其在纳米光电学领域的关键应用。
二维材料的特性二维材料是一种只有一层原子厚度的材料，具有独特的物理、化学和电子特性。
其中最常见且研究最为深入的二维材料包括石墨烯和过渡金属硫化物。
石墨烯是由碳原子组成的六角晶格结构，具有高度导电性和优异的机械性能。
而过渡金属硫化物则是由过渡金属原子和硫原子组成的晶格结构，具有可调控的光电特性。
二维材料的独特特性源于其纳米尺度下的量子效应和表面效应。
首先，由于其厚度只有一层原子，二维材料的电子在垂直于材料平面的方向上受限于量子束缚效应，表现出二维特性。
其次，由于表面原子数目较少，二维材料的表面效应显著增强。
这些特性赋予了二维材料许多优异的性能，例如高度的电导率、光学透明性、可调控的能带结构、高斯特效应等。
二维材料在纳米光电学领域的关键应用1. 光电转换器件二维材料因其独特的光电特性，成为开发高效光电转换器件的理想候选材料。
例如，石墨烯由于其高度的导电性、光学透明性和快速的载流子传输速度，可用于制造可见光响应的光电二极管和光探测器。
此外，过渡金属硫化物也因其调控能带结构的能力，可用于制造光伏电池和光催化剂，实现高效的太阳能转换。
2. 光电子器件二维材料在纳米光电子器件中的应用也备受关注。
例如，石墨烯的高度导电性使其成为制造高频率的微波器件的理想材料，可以用于制造高性能的微波谐振器和倍频器。
此外，过渡金属硫化物的能带结构可调控的特性，使其成为制造电子输运器件的有利选择，例如晶体管和薄膜晶体管。
3. 纳米光学二维材料在纳米光学领域的应用也具有重要意义。
石墨烯由于其极高的光学透过性和有效的光吸收能力，可用于制造超薄光学器件，如超薄透明电极和光学吸收层。
石墨烯气凝胶热界面材料
石墨烯气凝胶热界面材料石墨烯气凝胶是一种由石墨烯纳米片层组成的三维多孔结构材料。
它具有低密度、大比表面积、优异的导热性能和机械强度，因此被广泛应用于热管理领域，特别是作为热界面材料。
石墨烯气凝胶热界面材料具有很高的导热系数和良好的柔韧性，可以有效提高热能的传递效率，被认为是下一代热界面材料的候选者之一。
石墨烯气凝胶的制备方法有多种，常见的方法包括化学气相沉积法、化学气氛沉积法、水热法和冷冻干燥法等。
其中，冷冻干燥法是一种简单有效的制备方法。
首先，将石墨烯纳米片层分散在适当的溶剂中，形成石墨烯分散液。
然后，将分散液冷冻成冰晶，在真空条件下通过升华的方式将溶剂从冰晶中蒸发出来，最终得到石墨烯气凝胶。
这种方法制备的石墨烯气凝胶具有高度多孔结构和均匀的孔径分布，有利于提高材料的导热性能。
石墨烯气凝胶热界面材料的导热性能主要取决于其石墨烯片层的导热性能和多孔结构的优势。
石墨烯片层具有非常高的导热系数，可以有效传递热能；而多孔结构可以增加材料的比表面积，增强与热源之间的接触面积，从而提高热传导效率。
因此，石墨烯气凝胶热界面材料具有比传统热界面材料更好的导热性能。
除了导热性能优异外，石墨烯气凝胶热界面材料还具有良好的柔韧性。
由于石墨烯纳米片层的特殊结构，石墨烯气凝胶可以在不破裂的情况下承受较大的拉伸和压缩变形，适用于各种形状和尺寸的热界面应用。
此外，石墨烯具有良好的化学稳定性和耐高温性能，可以在恶劣的环境下长期稳定工作。
石墨烯气凝胶热界面材料在电子器件、光电子器件和能源领域有广泛的应用。
在电子器件中，石墨烯气凝胶可以用作散热材料，有效降低器件的温度，提高器件的工作性能和可靠性。
在光电子器件中，石墨烯气凝胶可以用作光伏电池的热界面材料，提高光伏电池的能量转换效率。
在能源领域，石墨烯气凝胶可以用作储能材料的热界面材料，提高储能设备的充放电效率和循环寿命。
石墨烯气凝胶热界面材料具有优异的导热性能、柔韧性和化学稳定性，是一种具有广阔应用前景的新型热界面材料。
石墨烯材料的特点以及在各个领域中的应用
石墨烯材料的特点以及在各个领域中的应用
石墨烯是一种由碳原子构成的单层薄炭素材料，具有许多独特的特点和广泛的应用。
以下是石墨烯材料的特点以及在各个领域中的应用。
特点：
1. 高强度和高硬度：石墨烯的强度比钢高200倍，硬度比金刚石高五倍。
2. 轻量和薄：石墨烯仅有一个原子层厚度，非常轻便。
3. 电子迁移速度快：电子在石墨烯中移动的速度非常快，是现有材料的几百倍。
4. 热稳定性好：石墨烯可以承受高温，不易熔化或分解。
5. 非常透明：石墨烯能够使90%的光线穿透，是目前已知的最透明的材料之一。
应用：
1. 电子学：石墨烯非常适合用于电子学领域，因为它的电子迁移速度非常快，在电子器件中能够提供更快的信号传输速度。
例如，石墨烯可以用于制造晶体管、场效应晶体管和光电二极管等。
2. 医学：石墨烯可以用于制造医用传感器和医疗设备。
例如，石墨烯传感器可以检测人体内某些化学物质的浓度，对于监测病情和治疗非常有用。
3. 能源：石墨烯还可以用于制造太阳能电池和储能器。
例如，石墨烯太阳能电池可以将太阳能转换为电能，而石墨烯储能器可以在短时间内存储大量电能。
4. 环境保护：石墨烯可以用于净化和过滤水和空气。
例如，石墨烯纳米过滤膜可以去除水中的杂质和污染物，而石墨烯纳米过滤器可以去除空气中的有害物质和颗粒物。
总之，石墨烯具有许多独特的特点和广泛的应用，在未来的科技领域中具有重要的发展前景。
石墨烯功能
石墨烯功能石墨烯是一种由碳原子构成的二维材料，具有许多独特的功能和特性，因此受到广泛关注。
首先，石墨烯具有优异的电学性能。
由于石墨烯只有一个原子层厚度，电子可以在其表面上自由移动，因此具有极高的电导率。
石墨烯的载流子迁移率可达到200,000 cm²/Vs，比目前最好的硅材料高约100倍，具有潜在的应用价值。
石墨烯还可以实现无源热输运，可以用于制造高性能的热导材料。
其次，石墨烯还表现出出色的光学特性。
石墨烯是一种具有零带隙的半导体材料，可以吸收波长范围非常广的电磁辐射，并且呈现出强烈的吸收和折射特性。
这使得石墨烯非常适合用于制造高性能的光电器件，如太阳能电池、光探测器和光调制器。
此外，石墨烯还具有很高的机械强度和柔韧性。
石墨烯的晶格结构非常紧密，碳原子之间的键强度很高，使其具有很高的拉伸和弯曲强度。
此外，石墨烯具有高达130 GPa的弹性模量，比钢铁的模量高约五倍。
石墨烯的柔韧性使其非常适合制造柔性电子产品和纳米机械设备。
此外，石墨烯还具有出色的热导性能。
石墨烯的热导率很高，可以达到3000 W/mK，比铜还高10倍。
这使得石墨烯成为理想的热导材料，可以用于散热器、热管理器件和热界面材料。
最后，石墨烯还具有优异的化学稳定性。
由于其高度的结构稳定性和化学惰性，石墨烯在常规环境中几乎是不可溶解的，并且可以耐受高温和一些化学腐蚀介质的侵蚀。
石墨烯还具有很高的表面积，可以用于催化剂的载体或者用于吸附和分离。
总之，石墨烯具有很多独特的功能和特性，这使得它在许多领域都具有广阔的应用前景，如电子器件、光学器件、能源领域、材料制备等。
然而，目前石墨烯的商业化应用还面临一些技术挑战和制造成本的限制，需要进一步的研究和开发。
石墨烯光电子器件的应用研究进展
石墨烯光电子器件的应用研究进展李绍娟;甘胜;沐浩然;徐庆阳;乔虹;李鹏飞;薛运周;鲍桥梁【摘要】自2004年被发现以来，石墨烯因其卓越的光学和电学性能及其与硅基半导体工艺的兼容性，备受学术界和工业界的广泛关注。
作为一种独特的二维原子晶体薄膜材料，石墨烯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及极强的非线性光学特性，使其在新型光学和光电器件领域具有得天独厚的优势。
一系列基于石墨烯的新型光电器件先后被研制出，已显示出优异的性能和良好的应用前景。
此外，近期石墨烯表面等离子体激元的发现及太赫兹器件的研究进一步促进了石墨烯基光电器件的蓬勃发展。
综述重点总结近年来石墨烯在超快脉冲激光器、光调制器、光探测器以及表面等离子体领域的应用研究进展，并进一步分析目前所面临的主要问题、挑战及其发展趋势。
%Graphene has very significant optical and electronic properties, which attract enormous attention. As a unique two-di-mensional crystal with one atom thickness, it has high electron and thermal conductivities in addition to ? exibility, robustness and impermeability to gases. Its ultra-broad band optical response and excellent non-linear optical properties make it a wonderful material for developing next generation photonic and optoelectronic devices. The fabrication of graphene-based devices is compatible with the existing semiconductor process, which has stimulated lots of graphene-based hybrid silicon-CMOS ( Complementary metal-oxide-semiconductor transistor) applications. Here we review the latest progress in graphene-based photonic and optoelectronic devices, ranging from pulsed lasers, modulators and photodetectors to optical sensors. Other exciting topicssuch as graphene surface plas-mons and their terahertz applications are also discussed.【期刊名称】《新型炭材料》【年(卷),期】2014(000)005【总页数】28页(P329-356)【关键词】石墨烯;脉冲激光器;光调制器;光探测器;表面等离子体;太赫兹【作者】李绍娟;甘胜;沐浩然;徐庆阳;乔虹;李鹏飞;薛运周;鲍桥梁【作者单位】苏州大学功能纳米与软物质研究院，苏州纳米科技协同创新中心，江苏省碳基功能材料与器件高技术研究重点实验室，江苏苏州 215123;苏州大学功能纳米与软物质研究院，苏州纳米科技协同创新中心，江苏省碳基功能材料与器件高技术研究重点实验室，江苏苏州 215123;苏州大学功能纳米与软物质研究院，苏州纳米科技协同创新中心，江苏省碳基功能材料与器件高技术研究重点实验室，江苏苏州 215123;苏州大学功能纳米与软物质研究院，苏州纳米科技协同创新中心，江苏省碳基功能材料与器件高技术研究重点实验室，江苏苏州 215123;苏州大学功能纳米与软物质研究院，苏州纳米科技协同创新中心，江苏省碳基功能材料与器件高技术研究重点实验室，江苏苏州 215123;苏州大学功能纳米与软物质研究院，苏州纳米科技协同创新中心，江苏省碳基功能材料与器件高技术研究重点实验室，江苏苏州 215123;苏州大学功能纳米与软物质研究院，苏州纳米科技协同创新中心，江苏省碳基功能材料与器件高技术研究重点实验室，江苏苏州215123;苏州大学功能纳米与软物质研究院，苏州纳米科技协同创新中心，江苏省碳基功能材料与器件高技术研究重点实验室，江苏苏州 215123【正文语种】中文【中图分类】TM9101 前言硅基光电子技术曾被寄希望于能够实现未来的超高速宽带数据通讯，然而，由于硅基器件目前面临着难以进一步微型化、集约化等问题，从而阻碍了其在高速、宽带数据计算和传输领域的应用。
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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-semiconductortransistor)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44dB。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