基于雙矩形腔邊耦合波導(dǎo)的等離子體誘導(dǎo)透明效應(yīng)
發(fā)布時(shí)間：2021-11-13 19:58
為了降低功耗、實(shí)現(xiàn)超快速響應(yīng),設(shè)計(jì)了一種基于雙矩形腔邊耦合等離子體波導(dǎo)系統(tǒng),并研究了其等離子體誘導(dǎo)透明效應(yīng).采用光學(xué)Kerr效應(yīng)超快調(diào)控石墨烯-Ag復(fù)合材料波導(dǎo)結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)1ps量級(jí)的超快響應(yīng)時(shí)間.動(dòng)態(tài)調(diào)控等離子體波導(dǎo)的傳輸相移,當(dāng)泵浦光強(qiáng)為5.83 MW/cm2時(shí),等離子體誘導(dǎo)透明系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)透射光譜π相移,這是因?yàn)榛谑?Ag復(fù)合材料結(jié)構(gòu)等離子體波導(dǎo)具有大的等效光學(xué)Kerr非線性系數(shù),表面等離子體激元局域光場(chǎng)和等離子體誘導(dǎo)透明效應(yīng)慢光對(duì)光學(xué)Kerr效應(yīng)產(chǎn)生了協(xié)同增強(qiáng)作用,大大降低了系統(tǒng)獲得透射光譜π相移的泵浦光強(qiáng).等離子體誘導(dǎo)透明效應(yīng)透明窗口的可調(diào)諧帶寬為40nm,系統(tǒng)的群延時(shí)控制在0.15ps到0.85ps之間,并且光波通過間接耦合或者相位耦合機(jī)制實(shí)現(xiàn)了等離子體誘導(dǎo)透明效應(yīng)相移倍增效應(yīng).耦合模式理論計(jì)算結(jié)果很好地吻合了時(shí)域有限差分法仿真模擬結(jié)果,研究結(jié)果對(duì)于低功耗、超快速非線性響應(yīng)和緊湊型光子器件的設(shè)計(jì)和制作具有一定的參考意義.
【文章來源】：光子學(xué)報(bào). 2020,49(02)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：9 頁
【部分圖文】：
圖1 雙矩形腔邊耦合等離子體波導(dǎo)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
圖2顯示了實(shí)現(xiàn)PIT效應(yīng)的原理示意圖，采用瞬時(shí)耦合模式理論分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)透射光譜特性，波導(dǎo)中的光波傳輸損耗和耦合損耗可以忽略不計(jì)．對(duì)于時(shí)諧場(chǎng)e-jωt，腔模式振幅ai(i=1,2）的動(dòng)態(tài)方程為[22]式中，a1,2為兩個(gè)腔的模式振幅；分別為輸入和輸出光波的波導(dǎo)模式振幅，下標(biāo)p=±表示波導(dǎo)模式的兩個(gè)傳輸方向；ω1,2為兩個(gè)腔的本征諧振頻率；κint,i為本征衰減率，其與對(duì)應(yīng)的本征品質(zhì)因子Qint,i的關(guān)系為κint,i=1/τint,i=ωi/（2Qint,i）；κc,i為腔-波導(dǎo)之間的耦合衰減率，其與對(duì)應(yīng)的耦合品質(zhì)因子Qc,i的關(guān)系為κc,i=1/τc,i=ωi/（2Qc,i)(i=1,2）；μ12和μ21分別為兩腔諧振模式之間的耦合系數(shù)，μ12=ω2/（2Qc），μ21=ω1/（2Qc),Qc為兩個(gè)矩形腔直接耦合相關(guān)的品質(zhì)因子．
式中，ωs為輸入信號(hào)光的頻率，L為雙腔間距，c為真空中的光速，neff為滿足等離子體波導(dǎo)色散方程的有效折射率．等離子體波導(dǎo)色散方程為式中，εm和εd分別為金屬Ag和電介質(zhì)波導(dǎo)的介電常數(shù)，等離子體波導(dǎo)寬度w=50nm，金屬包層的相對(duì)介電常數(shù)為εm（ω）=ε∞-ωp2/（ω2+jωγ），這里，ε∞為無窮大頻率處的介電常數(shù)，γ和ωp分別為自由電子振蕩頻率和bulk等離子體頻率[23]．在等離子體波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中，Ag的相關(guān)參數(shù)為ε∞=3.7，ωp=9.1eV和γ=0.018eV；空氣的介電常數(shù)為εd=1．通過求解等離子體波導(dǎo)色散方程式（11），得到有效折射率的實(shí)部如圖3所示．
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]利用太赫茲時(shí)域光譜法和微腔器件檢測(cè)樣品:綜述（英文）[J]. Lin CHEN,Deng-gao LIAO,Xu-guang GUO,Jia-yu ZHAO,Yi-ming ZHU,Song-lin ZHUANG. Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering. 2019(05)
本文編號(hào)：3493626
【文章來源】：光子學(xué)報(bào). 2020,49(02)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：9 頁
【部分圖文】：
圖1 雙矩形腔邊耦合等離子體波導(dǎo)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
圖2顯示了實(shí)現(xiàn)PIT效應(yīng)的原理示意圖，采用瞬時(shí)耦合模式理論分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)透射光譜特性，波導(dǎo)中的光波傳輸損耗和耦合損耗可以忽略不計(jì)．對(duì)于時(shí)諧場(chǎng)e-jωt，腔模式振幅ai(i=1,2）的動(dòng)態(tài)方程為[22]式中，a1,2為兩個(gè)腔的模式振幅；分別為輸入和輸出光波的波導(dǎo)模式振幅，下標(biāo)p=±表示波導(dǎo)模式的兩個(gè)傳輸方向；ω1,2為兩個(gè)腔的本征諧振頻率；κint,i為本征衰減率，其與對(duì)應(yīng)的本征品質(zhì)因子Qint,i的關(guān)系為κint,i=1/τint,i=ωi/（2Qint,i）；κc,i為腔-波導(dǎo)之間的耦合衰減率，其與對(duì)應(yīng)的耦合品質(zhì)因子Qc,i的關(guān)系為κc,i=1/τc,i=ωi/（2Qc,i)(i=1,2）；μ12和μ21分別為兩腔諧振模式之間的耦合系數(shù)，μ12=ω2/（2Qc），μ21=ω1/（2Qc),Qc為兩個(gè)矩形腔直接耦合相關(guān)的品質(zhì)因子．
式中，ωs為輸入信號(hào)光的頻率，L為雙腔間距，c為真空中的光速，neff為滿足等離子體波導(dǎo)色散方程的有效折射率．等離子體波導(dǎo)色散方程為式中，εm和εd分別為金屬Ag和電介質(zhì)波導(dǎo)的介電常數(shù)，等離子體波導(dǎo)寬度w=50nm，金屬包層的相對(duì)介電常數(shù)為εm（ω）=ε∞-ωp2/（ω2+jωγ），這里，ε∞為無窮大頻率處的介電常數(shù)，γ和ωp分別為自由電子振蕩頻率和bulk等離子體頻率[23]．在等離子體波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中，Ag的相關(guān)參數(shù)為ε∞=3.7，ωp=9.1eV和γ=0.018eV；空氣的介電常數(shù)為εd=1．通過求解等離子體波導(dǎo)色散方程式（11），得到有效折射率的實(shí)部如圖3所示．
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]利用太赫茲時(shí)域光譜法和微腔器件檢測(cè)樣品:綜述（英文）[J]. Lin CHEN,Deng-gao LIAO,Xu-guang GUO,Jia-yu ZHAO,Yi-ming ZHU,Song-lin ZHUANG. Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering. 2019(05)
本文編號(hào)：3493626
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