可调谐混合模式波导模拟研究

来源 :上海师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jbdh2009
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太赫兹(terahertz,THz)波在电磁波谱中处于微波和红外辐射之间,位于电子学到光子学过渡的区域,在基础研究和实际应用中都具有广阔的应用前景,如在成像、短程无线通信和生物样品探测等方面。设计新型的可调谐波导器件对于THz技术的发展是非常重要的。作为一种典型的表面等离子激元波导结构,混合模式波导(dielectric loaded surface plasmons,DLSPs),即将一薄层介质层集成在衬底上,具有弯曲损耗小、结构简单和限制作用强等优点。另外,石墨烯具有迁移率高、可调谐性能好和良好的模式限制作用,可以作为可调谐波导器件设计的良好的平台。  本研究采用有限元法模拟研究了混合模式波导结构的传输特性,主要结果如下:⑴采用半导体 InSb作为衬底,通过温控方法改变衬底的载流子浓度,研究了THz波段DLSPs波导的可调谐性质,结果表明温度在300 K到600 K范围内改变时,传播长度的调制深度可以达到80%以上。⑵通过在介质层和金属衬底之间引入多层的graphene-Al2O3结构单元,在近红外波段研究了DLSPs波导结构的可调谐特性,并考虑了石墨烯的Fermi能级,单元结构的周期数和工作频率等因素的影响。结果表明Fermi能级在0.1eV到0.45eV范围内改变时传播长度的调制深度可以达到约70%。⑶以石墨烯作为有源区,模拟研究了THz波段DLSPs波导结构的可调谐性能。在THz波段由于光子能量较低,带内跃迁起重要作用。结果表明随着频率增大,传播模的有效折射系数和传播长度增大。当有源区单元结构周期为8,Fermi能级在0.1到1.0eV范围内改变时传播长度的调制深度可以达到94%以上。此外,通过调整结构参数,模式限制作用和传播长度可以同时提高。
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