光电子器件是以光子为信息载体的功能器件,在现代信息技术发展中发挥着越来越重要的作用。一个完整的光电子回路包括发光器件(例如发光二极管、激光器)、调制器件(例如光滤波器、光调制器等)和接收器件(例如光电探测器)等。近年来,以石墨烯为代表的二维材料结合了低维材料和体材料的许多优异的光电学性质,并且与传统的硅基光电子技术具有良好的兼容性,在激光器、光调制器以及光电探测器等光电子应用方面具有巨大的潜力。因此,研究基于二维材料的各类光电子器件,对于推进基于二维材料的光电子回路的发展具有重要意义。本论文研究了石墨烯及二维钙钛矿在光电子器件中的应用,主要包括基于石墨烯的滤波器,基于二维钙钛矿材料的光纤锁模激光器和光电探测器。并取得了如下阶段性的进展:1.采用化学气相沉积法制备出了大面积高质量的单层石墨烯薄膜,并通过转移的方式在玻璃基底上得到了不同层数的石墨烯导电薄膜,通过化学掺杂等界面调控技术提高了石墨烯薄膜的综合光电性能。采用新型的两步沉积法制备出了二维钙钛矿纳米片,并实现了在不同基底表面的生长,通过表征证明了二维钙钛矿具有较高的晶体质量。2.首次使用二维钙钛矿纳米片作为可饱和吸收体应用于光纤激光器。利用溶液法和化学气相沉积法制备得到六边形的二维钙钛矿纳米片,并系统研究了二维钙钛矿纳米片的非线性吸收性质,使用定向转移的方法将钙钛矿纳米片无损的转移至光纤横截面上,首次实现了在1064 nm波段的锁模光纤激光器的应用。这种二维的钙钛矿纳米片相比于体相钙钛矿材料,具有很高的调制深度和较小的饱和阈值。这一研究预示着二维钙钛矿在超快光子学领域的应用潜力。3.研究了石墨烯在硅基微环滤波器中应用。利用石墨烯的可饱和吸收效应,使其对硅基微环光波导中的光信号进行处理,从而有效的降低微环滤波器输出光信号的噪声,同时降低了 3dB带宽,有效地提高了输出信号的质量。这一研究开拓了二维材料在光互联器件中的应用。4.系统研究了二维钙钛矿光电探测器的光响应特性。实验发现,二维钙钛矿在可见光波段具有较高的光电流响应,随着二维钙钛矿层数的增加,光响应逐渐增加。但是,钙钛矿中低的载流子迁移率严重制约了器件的光探测性能。采用石墨烯与二维钙钛矿的范德华异质结构可以显著地提升器件性能,与纯钙钛矿光电探测器件相比,石墨烯/钙钛矿异质结器件的响应率提高了 107倍。此外,通过在柔性衬底上制备石墨烯/钙钛矿异质结构,成功实现了高性能的柔性光电探测器件。这一研究证明了二维钙钛矿及石墨烯在光探测领域的应用潜力。