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東南大學先進光子學中心Changgui Lu等--通過動態控制石墨烯中載流子密度空間分布的等離子體激元調制器
        納米尺度的光-物質相互作用對未來的光子集成電路和器件具有特殊的意義,應用范圍從通信到傳感和成像。我們提出了一種等離子體激元調制器,通過動態控制載流子密度在納米尺度上的空間分布來增強光-物質相互作用,并通過一個混合石墨烯-介電-光柵結構來證明。數值計算結果表明,利用外加電壓和光柵周期可以有效地調制表面等離子體激元(SPPs)。理論上,該調制器也可以在超寬帶上工作,因為散射效應與波長無關。與通過改變整個載流子密度的調制器相比,在工作波長為12.4 μm時,通過控制載流子在納米尺度上的密度空間分布的調制深度提高了約18.6 dB。該等離子體激元調制器在納米尺度上觸發了增強光-物質相互作用的方法,顯著提高了調制深度,在光開關、傳感器和光檢測等領域具有潛在的應用價值。
 
圖1. 調制器的三維原理圖。石墨烯中載流子密度的空間分布由光柵與石墨烯之間的電壓控制,因此可以有效地對傳播的SPPs進行調制。
 
圖2. 模擬示意圖,用石墨烯中的周期分布費米能級模擬載流子密度(ng)空間分布,用光學傳輸來說明被檢測信號的情況。
 
圖3. 工作波長為8 μm時,(a) ON (b) OFF狀態下的電場分布分量。
 
圖4. 光傳輸與外加電壓之間的關系。
 
圖5. 周期為(a) 115 nm (b) 128 nm的電場分布分量,(c) y方向的電場強度分布(d)不同周期時的光傳輸。
 
圖6. (a)控制全載流子密度的調制器示意圖,費米能級為(b)0.9 eV、(c) 0.3 eV 、(d)0.9 eV和0.3 eV時的電場分布分量,(e)不同方法的光傳輸隨波長的變化。 

      相關研究成果由東南大學先進光子學中心Changgui Lu等人于2022年發表在Optics Communications (https://doi.org/10.1016/j.optcom.2022.128093)上。原文:A plasmon modulator by dynamically controlling the spatial distribution of carrier density in graphene。

轉自《石墨烯研究》公眾號
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