2004年石墨烯被发现,推翻了传统凝聚态物理理论关于准二维材料在室温下无法稳定存在的预言。因为石墨烯特殊的能带结构和优异的光、电、力、热特性,很快成为各个领域研究的热点,尤其在新型光电子器件中展现出巨大的应用前景。光调制器是光子学和光电子学中必不可少的核心器件,应用于光互联、环境监测、生物、医疗和安全监测等领域。随着这些新兴技术的发展,对光调制器提出了更高的要求。紧凑、高效、快速和超宽带光学调制器被迫切需要。石墨烯具有高的载流子迁移率和载流子浓度,并且在很宽的电磁波范围内均有响应,可实现宽波段的快速光调制。目前,越来越多的研究工作表明基于石墨烯的光调制器在近红外波段和太赫兹波段均具有优于传统材料的诸多特性。本文从石墨烯的制备、APCVD石墨烯薄膜太赫兹电导的调控、rGO-Gel柔性薄膜的太赫兹电导的调控研究、到石墨烯近红外电光调制器的制作和表征,完成了一系列的工作。具体内容如下:(1)APCVD法可控制备大面积石墨烯薄膜。乙炔(C2H2)或甲烷(CH4)作为碳源,铜箔作为催化剂和衬底,利用常压化学气相沉积法(APCVD)可控制备了大面积的石墨烯薄膜。主要内容为介绍了石墨烯的制备过程、转移方法,优化了石墨烯的生长参数,并对乙炔和甲烷分别作为碳源制备的石墨烯薄膜的质量和层数进行了比较。该方法的研究为本课题组及合作课题组关于石墨烯相关课题的顺利进行提供了保障,因此,最后简单介绍了该石墨烯薄膜在本课题组已完成的部分应用。(2)氢气在APCVD石墨烯生长中的动力学研究。常压化学气相沉积法(APCVD)制备石墨烯薄膜,乙炔作为碳源时,研究了生长过程氢气浓度对样品质量的影响。结果表明,氢气在石墨烯制备过程中起着非常重要的作用,在少量氢气浓度下制备了高质量的双层石墨烯薄膜。通过进一步研究发现,氢气既具有催化作用可促进石墨烯成核,同时又具有刻蚀作用,影响石墨烯的成核形貌、密度、及大小。本章节对于理解氢气在生长石墨烯过程中的动力学作用具有主要的意义。(3)APCVD石墨烯薄膜太赫兹电导调控研究。近年来石墨烯在太赫兹应用上已经显示出巨大的潜力。石墨烯的太赫兹电导是评估太赫兹器件性能的重要参数。该章节详细研究了不同生长温度、氢气浓度下制备的石墨烯薄膜或化学掺杂下石墨烯薄膜的太赫兹电导特性。结果表明,通过优化生长温度或优化氢气浓度、可以调控石墨烯的太赫兹电导。主要是因为石墨烯的质量会影响其载流子动量弛豫时间,从而影响石墨烯的太赫兹电导。与此同时,通过化学掺杂,可以提高石墨烯的载流子浓度,调控样品的太赫兹电导。这些结果为更好的理解通过原位生长或者后处理的方法调控太赫兹电导具有指导性的意义。(4)rGO-Gel柔性薄膜太赫兹电导调控研究。本文制备了不同浓度的rGO-Gel自支撑柔性薄膜。光致太赫兹时域光谱作为一种无损检测手段用于研究rGO-Gel薄膜在0.2-2.0 THz波段的光响应。在800 nm的激光照射下,rGO-Gel薄膜产生光电导,实现了宽波段太赫兹透过率的调制,在1.9 THz的调制深度达33.5%。最重要的是,在rGO-Gel薄膜中观察到了太赫兹持续光电导现象(PPC)。这是由于光致电子被氧化石墨烯中的缺陷和氧化石墨烯与明胶的界面捕获,并且因为氧化石墨烯与明胶之间强的相互作用而增强。这个工作为制作基于rGO-Gel柔性薄膜的太赫兹光电子器件提供了新的思路,比如全光调制器、光开关、光探测器,光传感器,和光记忆器件。(5)石墨烯电光调制器的制作研究。针对不同的用途,分别设计并制作了垂直入射型和波导耦合型石墨烯平板电容结构的电光调制器。垂直入射型电光调制器的光学衬底为石英,在近红外波段插入损耗小。因此,该石墨烯光调制器被课题组其他同学用于1550 nm光纤激光器中,首次实现了石墨烯的主动调Q。在设计波导型石墨烯平板电容结构的电光调制器时,考虑到光是通过波导的倏逝场与石墨烯相互作用。因此对波导型器件的绝缘层材料的选择进行了模拟和改进,发现绝缘层材料选择HfO2时倏逝场强大于0.5的区域可以到达90 nm。并解决了波导型器件在微纳加工中的技术问题,制作了石墨烯基波导型电光调制器。