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石墨烯具有高载流子迁移率、宽带吸收、透明等属性，使其成为一种极具发展前景的光电材料，可用于开发高速可调的CMOS兼容硅基光源和调制器。本课题针对石墨烯的电光可调特性做了深入研究，并以此为基础在电吸收调制器、纳米天线增强硅波导调制器以及高速可调的MIS隧穿光源等方向开展了系统的研究工作。研究的主要内容及创新点可以概括为以下几点：
1.提出了一种新型的混合SPP波导调制器，与传统SPP波导调制器相比，水平放置的波导结构，使得SPP波导中光模式的电场分量主要分布在石墨烯面内，实现光与石墨烯相互作用的增强。最终实现了400GHz调制速率，1.6μm2紧凑尺寸的电吸收调制器。
2.提出一种新型的超薄金属贴片增强的电光调制器。该设计结合了波导TE模式与超薄金属贴片天线的两个边长均能有效耦合的特征，实现了使用较少天线个数便可提供强局域等离子体共振，且谐振模式的场分量主要分布在石墨烯面内，增强了光-石墨烯相互作用。最终实现了400GHz调制速率，0.5fJ/bit的能耗以及500nm的调制器长度。
3.提出了一种纳米天线增强的石墨烯电极的MIS隧穿结光源，解决了因非弹性隧穿电子占比低导致的低内部量子效率以及解决波矢失配带来的低的光子辐射效率等问题，并利用石墨烯光学透明，快速开关的属性，实现了高性能CMOS兼容的量子隧穿光源。最终获得了在光通信频段，光源的辐射功率比偶极子激发源在自由空间的辐射功率高8000倍，比传统MIS隧穿光源的光子辐射功率高510倍的效果。且光源提供工作频率以及输出光功率可调的特性。
1.提出了一种新型的混合SPP波导调制器，与传统SPP波导调制器相比，水平放置的波导结构，使得SPP波导中光模式的电场分量主要分布在石墨烯面内，实现光与石墨烯相互作用的增强。最终实现了400GHz调制速率，1.6μm2紧凑尺寸的电吸收调制器。
2.提出一种新型的超薄金属贴片增强的电光调制器。该设计结合了波导TE模式与超薄金属贴片天线的两个边长均能有效耦合的特征，实现了使用较少天线个数便可提供强局域等离子体共振，且谐振模式的场分量主要分布在石墨烯面内，增强了光-石墨烯相互作用。最终实现了400GHz调制速率，0.5fJ/bit的能耗以及500nm的调制器长度。
3.提出了一种纳米天线增强的石墨烯电极的MIS隧穿结光源，解决了因非弹性隧穿电子占比低导致的低内部量子效率以及解决波矢失配带来的低的光子辐射效率等问题，并利用石墨烯光学透明，快速开关的属性，实现了高性能CMOS兼容的量子隧穿光源。最终获得了在光通信频段，光源的辐射功率比偶极子激发源在自由空间的辐射功率高8000倍，比传统MIS隧穿光源的光子辐射功率高510倍的效果。且光源提供工作频率以及输出光功率可调的特性。