為了降低功耗、實現超快速響應,設計了一種基于雙矩形腔邊耦合等離子體波導系統,并研究了其等離子體誘導透明效應.采用光學Kerr效應超快調控石墨烯-Ag復合材料波導結構,實現1ps量級的超快響應時間.動態(tài)調控等離子體波導的傳輸相移,當泵浦光強為5.83 MW/cm²時,等離子體誘導透明系統能夠實現透射光譜π相移,這是因為基于石墨烯-Ag復合材料結構等離子體波導具有大的等效光學Kerr非線性系數,表面等離子體激元局域光場和等離子體誘導透明效應慢光對光學Kerr效應產生了協同增強作用,大大降低了系統獲得透射光譜π相移的泵浦光強.等離子體誘導透明效應透明窗口的可調諧帶寬為40nm,系統的群延時控制在0.15ps到0.85ps之間,并且光波通過間接耦合或者相位耦合機制實現了等離子體誘導透明效應相移倍增效應.耦合模式理論計算結果很好地吻合了時域有限差分法仿真模擬結果,研究結果對于低功耗、超快速非線性響應和緊湊型光子器件的設計和制作具有一定的參考意義. 

【文章來源】：光子學報. 2020,49(02)北大核心EICSCD

【文章頁數】：9 頁

【部分圖文】：

圖1 雙矩形腔邊耦合等離子體波導系統結構示意圖

圖2顯示了實現PIT效應的原理示意圖，采用瞬時耦合模式理論分析系統的動態(tài)透射光譜特性，波導中的光波傳輸損耗和耦合損耗可以忽略不計．對于時諧場e-jωt，腔模式振幅ai(i=1,2）的動態(tài)方程為[22]式中，a1,2為兩個腔的模式振幅；分別為輸入和輸出光波的波導模式振幅，下標p=±表示波導模式的兩個傳輸方向；ω1,2為兩個腔的本征諧振頻率；κint,i為本征衰減率，其與對應的本征品質因子Qint,i的關系為κint,i=1/τint,i=ωi/（2Qint,i）；κc,i為腔-波導之間的耦合衰減率，其與對應的耦合品質因子Qc,i的關系為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，μ12=ω2/（2Qc），μ21=ω1/（2Qc),Qc為兩個矩形腔直接耦合相關的品質因子．

式中，ωs為輸入信號光的頻率，L為雙腔間距，c為真空中的光速，neff為滿足等離子體波導色散方程的有效折射率．等離子體波導色散方程為式中，εm和εd分別為金屬Ag和電介質波導的介電常數，等離子體波導寬度w=50nm，金屬包層的相對介電常數為εm（ω）=ε∞-ωp2/（ω2+jωγ），這里，ε∞為無窮大頻率處的介電常數，γ和ωp分別為自由電子振蕩頻率和bulk等離子體頻率[23]．在等離子體波導結構中，Ag的相關參數為ε∞=3.7，ωp=9.1eV和γ=0.018eV；空氣的介電常數為εd=1．通過求解等離子體波導色散方程式（11），得到有效折射率的實部如圖3所示．

【參考文獻】：
期刊論文
[1]利用太赫茲時域光譜法和微腔器件檢測樣品: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：3493626