基于双矩形腔边耦合波导的等离子体诱导透明效应
发布时间：2021-11-13 19:58
为了降低功耗、实现超快速响应,设计了一种基于双矩形腔边耦合等离子体波导系统,并研究了其等离子体诱导透明效应.采用光学Kerr效应超快调控石墨烯-Ag复合材料波导结构,实现1ps量级的超快响应时间.动态调控等离子体波导的传输相移,当泵浦光强为5.83 MW/cm2时,等离子体诱导透明系统能够实现透射光谱π相移,这是因为基于石墨烯-Ag复合材料结构等离子体波导具有大的等效光学Kerr非线性系数,表面等离子体激元局域光场和等离子体诱导透明效应慢光对光学Kerr效应产生了协同增强作用,大大降低了系统获得透射光谱π相移的泵浦光强.等离子体诱导透明效应透明窗口的可调谐带宽为40nm,系统的群延时控制在0.15ps到0.85ps之间,并且光波通过间接耦合或者相位耦合机制实现了等离子体诱导透明效应相移倍增效应.耦合模式理论计算结果很好地吻合了时域有限差分法仿真模拟结果,研究结果对于低功耗、超快速非线性响应和紧凑型光子器件的设计和制作具有一定的参考意义.
【文章来源】：光子学报. 2020,49(02)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
图1 双矩形腔边耦合等离子体波导系统结构示意图
图2显示了实现PIT效应的原理示意图，采用瞬时耦合模式理论分析系统的动态透射光谱特性，波导中的光波传输损耗和耦合损耗可以忽略不计．对于时谐场e-jωt，腔模式振幅ai(i=1,2）的动态方程为[22]式中，a1,2为两个腔的模式振幅；分别为输入和输出光波的波导模式振幅，下标p=±表示波导模式的两个传输方向；ω1,2为两个腔的本征谐振频率；κint,i为本征衰减率，其与对应的本征品质因子Qint,i的关系为κint,i=1/τint,i=ωi/（2Qint,i）；κc,i为腔-波导之间的耦合衰减率，其与对应的耦合品质因子Qc,i的关系为κc,i=1/τc,i=ωi/（2Qc,i)(i=1,2）；μ12和μ21分别为两腔谐振模式之间的耦合系数，μ12=ω2/（2Qc），μ21=ω1/（2Qc),Qc为两个矩形腔直接耦合相关的品质因子．
式中，ωs为输入信号光的频率，L为双腔间距，c为真空中的光速，neff为满足等离子体波导色散方程的有效折射率．等离子体波导色散方程为式中，εm和εd分别为金属Ag和电介质波导的介电常数，等离子体波导宽度w=50nm，金属包层的相对介电常数为εm（ω）=ε∞-ωp2/（ω2+jωγ），这里，ε∞为无穷大频率处的介电常数，γ和ωp分别为自由电子振荡频率和bulk等离子体频率[23]．在等离子体波导结构中，Ag的相关参数为ε∞=3.7，ωp=9.1eV和γ=0.018eV；空气的介电常数为εd=1．通过求解等离子体波导色散方程式（11），得到有效折射率的实部如图3所示．
【参考文献】：
期刊论文
[1]利用太赫兹时域光谱法和微腔器件检测样品:综述（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)
本文编号：3493626
【文章来源】：光子学报. 2020,49(02)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
图1 双矩形腔边耦合等离子体波导系统结构示意图
图2显示了实现PIT效应的原理示意图，采用瞬时耦合模式理论分析系统的动态透射光谱特性，波导中的光波传输损耗和耦合损耗可以忽略不计．对于时谐场e-jωt，腔模式振幅ai(i=1,2）的动态方程为[22]式中，a1,2为两个腔的模式振幅；分别为输入和输出光波的波导模式振幅，下标p=±表示波导模式的两个传输方向；ω1,2为两个腔的本征谐振频率；κint,i为本征衰减率，其与对应的本征品质因子Qint,i的关系为κint,i=1/τint,i=ωi/（2Qint,i）；κc,i为腔-波导之间的耦合衰减率，其与对应的耦合品质因子Qc,i的关系为κc,i=1/τc,i=ωi/（2Qc,i)(i=1,2）；μ12和μ21分别为两腔谐振模式之间的耦合系数，μ12=ω2/（2Qc），μ21=ω1/（2Qc),Qc为两个矩形腔直接耦合相关的品质因子．
式中，ωs为输入信号光的频率，L为双腔间距，c为真空中的光速，neff为满足等离子体波导色散方程的有效折射率．等离子体波导色散方程为式中，εm和εd分别为金属Ag和电介质波导的介电常数，等离子体波导宽度w=50nm，金属包层的相对介电常数为εm（ω）=ε∞-ωp2/（ω2+jωγ），这里，ε∞为无穷大频率处的介电常数，γ和ωp分别为自由电子振荡频率和bulk等离子体频率[23]．在等离子体波导结构中，Ag的相关参数为ε∞=3.7，ωp=9.1eV和γ=0.018eV；空气的介电常数为εd=1．通过求解等离子体波导色散方程式（11），得到有效折射率的实部如图3所示．
【参考文献】：
期刊论文
[1]利用太赫兹时域光谱法和微腔器件检测样品:综述（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)
本文编号：3493626
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3493626.html
