光学学报, 2020, 40 (13): 1324002, 网络出版: 2020-07-09   

基于衬底的涂覆石墨烯层的三角形纳米线亚波长传输特性研究 下载: 974次

Study on Subwavelength Transmission Properties of Triangular-Shaped Graphene-Coated Nanowires on Substrate
作者单位
1 郑州师范学院物理与电子工程学院, 河南 郑州 450044
2 中国科学院上海技术物理研究所红外成像材料与探测器重点实验室, 上海 200083
摘要
提出一种基于硅衬底的涂覆石墨烯层的三角形纳米线等离激元波导,并采用有限元方法详细研究了基模传输特性及其与几何参数、物理参数的关系。结果表明:间隙区域大小、顶角角度、圆角半径和石墨烯化学势对模式传输特性有很大影响。通过优化设计,该波导结构可以实现石墨烯等离激元的深度亚波长传输,传播距离可达10 μm,同时归一化模式场面积仅约为10 -6。该石墨烯表面等离激元波导为可调谐纳米光子器件的设计提供了一定的参考。
Abstract
This paper proposes a plasmonic waveguide with a triangular-shaped graphene-coated nanowire integrated on the silicon substrate. The transmission properties of the fundamental graphene plasmon mode and their dependence on the geometric and physical parameters are fully investigated by the finite element method. The results show that the gap distance, vertex angle, corner radius, and chemical potential of graphene have significant influences on the modal transmission properties. By optimizing the design, the proposed structure can be used to achieve the deep-subwavelength modal field transmission with a propagation length of up to 10 μm and a normalized mode area of only about 10 -6. The proposed graphene plasmonic waveguide may offer a certain theoretical basis for the design of tunable nanophotonic devices.

1 引言

表面等离激元(Surface plasmons,SPs)[1-2]是一种沿金属-介质分界面传播的表面电磁波。由于可以突破衍射极限,SPs在亚波长光子器件领域有重要应用价值。近年来,作为亚波长光子器件的一个重要研究分支,表面等离激元纳米光波导[3]得到了广泛关注。早期基于贵金属材料的表面等离激元纳米光波导主要有金属线波导[4-7],金属缝隙波导[8],介质加载的等离激元波导[9],长程等离激元波导[10],金属沟槽/楔形等离激元波导[11],混合型波导[12-14]等。这类金属等离激元波导在近红外波段和可见光波段表现优异,但在中远红外波段模场约束性能相对较差[15]。此外,金属材料属性固定,缺乏可调节性。

近期研究表明,通过化学掺杂或加偏压,石墨烯在中远红外波段可以表现出类“金属”特性[16],进而可以激发表面等离激元。石墨烯表面等离激元因具备极强的场约束、巨大的场增强和性能可调的特性[17-18],引起学术界广泛关注。基于这些特性,研究人员提出诸多石墨烯等离激元器件,如石墨烯纳米带波导[19-20]、介质加载波导[21]、沟槽/楔形波导[22]、调制器[23-24]、天线[25]、开关[26]等。其中,作为纳米金属线的类似物,涂覆石墨烯层的纳米线波导[27-40]因结构简单、可解析计算、基模(TM0)无截止等特性引起了许多研究人员的关注。但是,涂覆石墨烯层的圆形纳米线等离激元模场约束性能相对较差,归一化模场面积约为1 0-3[2728]。随后,通过采用涂覆石墨烯层的“同轴型”纳米线[29-30]、涂覆石墨烯层的纳米线二聚体[31-32]和石墨烯间隙等离激元波导[33],研究人员在保持模式传输损耗不变的基础上将归一化模场面积进一步减小至10-4~10-5。但是,中红外波段石墨烯吸收损耗仍然较大,模式传输距离相对较小,一般在10 μm级别。近期,基于涂覆石墨烯层的圆形纳米线混合等离激元波导[41-43]被提出,其可进一步缩小模场面积并降低模式传输损耗。考虑到石墨烯在中红外波段的固有吸收损耗,一个可行的研究方向是在保持模式损耗基本不变的前提下,进一步减小模场面积。

基于尖端结构优良的光场聚焦效应,本文提出了一种由硅衬底和涂覆石墨烯层的三角形纳米线构成的混合波导。采用有限元方法对该混合波导中基模亚波长传输性能进行了详细研究。通过改变三角形纳米线与衬底间距、三角形纳米线顶角角度、顶角圆角半径以及石墨烯化学势等,发现该结构光场约束性能非常好,同时模式传输损耗也较低。相关研究结果在纳米光子学、可调谐光子器件等领域有潜在的应用价值。

2 理论模型

图1展示了基于衬底的涂覆石墨烯层的三角形纳米线结构的二维截面示意图。三角形纳米线(介电常数ε1=2.25)涂覆单层石墨烯,衬底和纳米线嵌入在SiO2介质内(介电常数为ε2=2.25[36])。三角形纳米线的顶角角度为θ,高度b=100 nm。计算中将顶角圆滑成半径为R的圆角,此时,三角形纳米线实际高度为b1=b-R/sin(θ/2)+R。涂覆石墨烯层的纳米线与硅衬底间距为Ggap(远大于单层石墨烯厚度),矩形硅衬底高和宽分别为H=200 nm和W=400 nm,介电常数为ε3=12.25[44]。中红外波段石墨烯的介电常数可由εg=1+iσg/(ε0ωΔ)[45]计算,其中ω为入射光角频率,ε0为自由空间介电常数,单层石墨烯厚度Δ=0.335 nm。σg=σintra+σinter为石墨烯表面电导率[45],其中

σintra=2ie2kBTπh-2(ω+i/τ)ln[2cosh(μc2kBT)],(1)σinter=e24h-12+1πarctanh-ω-2μc2kBT-i2πln(h-ω+2μc)2(h-ω-2μc)2+(2kBT)2,(2)

式中:σintra为电子带内跃迁对电导率的贡献;σinter为电子带间跃迁对电导率的贡献;τ为电子弛豫时间,τ=0.5 ps;T为温度,T=300 K; h-为约化的普朗克常数;kB为玻尔兹曼常数;e为元电荷,e=1.6×10-19 C;μc为化学势。

图 1. 波导结构示意图

Fig. 1. Structural diagram of waveguide

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在实验研究中,可通过加直流偏压来改变石墨烯中载流子浓度nc,进而改变石墨烯化学势μc,二者关系式为 μch-vFncπ[46],其中vF≈106 m·s-1为费米速度。相关实验研究[47]表明,石墨烯中载流子浓度可达1014 cm-2,对应化学势μc=1.17 eV。因此,本文中化学势取值范围为0.5~1.1 eV。需要说明的是,本文为理论研究,但也简要描述了石墨烯加偏压的实现方式。如图1所示,可采用离子凝胶技术[26,36,48-49]对石墨烯层进行加压,hgel为离子凝胶层厚度,Vg为直流偏置电压。石墨烯中载流子浓度ncVg关系式为nc=εgelε0|Vg|/etd[26],其中td为石墨烯表面到金属电极的距离。离子凝胶层介电常数εgel=2.25,与二氧化硅介电常数(ε2=2.25)相匹配[26,36],从而保证了几何结构关于y轴的对称性。

在具体计算中,将石墨烯薄层等效为纳米线表面电流J=σgE,E为电场强度,并采用基于有限元方法的COMSOL软件计算模式复有效模式系数neff。传播常数β=k0neff,其中k0=2π/λ0,λ0为自由空间波长。模式传播距离定义为LP=λ0/[2πIm(neff)]。归一化模场面积定义为Aeff/A0,其中A0= λ02/4为衍射受限模场面积, Aeff=W(r)d2r/max[W(r)],其中r为位置坐标,W(r)为能量密度[50]。后续将从几何结构参数及物理参数两方面对所提波导传输特性进行评估。

3 结果与讨论

图2展示了不同参数下基于衬底的涂覆石墨烯层的三角形纳米线波导结构中基模归一化电场强度分布情况。显然,光场主要被限制在Ggap区域内。如图2(a)~(d)所示,模场分布受Ggap大小影响较大,而顶角角度θ对模场分布影响相对较小。这点也可从电场强度沿x方向和y方向的一维分布图中直观得到,如图2(e)~(f)所示。实际上,当Ggap=10 nm,θ=π/6和θ=π/2时,电场强度一维分布差别很小,沿x方向的电场强度分布曲线的半峰全宽 (FWHM)x约为25 nm,沿y方向的电场强度分布曲线的半峰全宽(FWHM)y约为10 nm。进一步将Ggap减小至2 nm,θ=π/6和θ=π/2时,(FWHM)x约为15 nm,(FWHM)y约为2 nm。可见,Ggap大小决定了光斑在y方向的大小。该基模的形成机理类似“金属帽”型混合表面等离激元[14]。当间隙区域二氧化硅层厚度较大时(本文中Ggap>100 nm),下方硅衬底对石墨烯等离激元模式场分布几乎没有影响。而当间隙区域较小时(本文中Ggap<60 nm),下方硅衬底对石墨烯等离激元模式场分布产生显著影响。因此,通过调控Ggap大小,可以实现对涂覆石墨烯层的纳米线等离激元模式传输特性的调制。

图 2. μc=0.5 eV,f0=30 THz,R=10 nm时基模的归一化电场强度分布。 (a)当θ=π/6,Ggap=2 nm时;(b)当θ=π/2,Ggap=2 nm时;(c)当θ=π/6, Ggap=10 nm时;(d)当θ=π/2,Ggap=10 nm时; 归一化电场强度沿(e)x方向和(f)y方向的分布

Fig. 2. Normalized electric field intensity distributions of fundamental mode when μc=0.5 eV,f0=30 THz,and R=10 nm. (a) Under θ=π/6, Ggap=2 nm; (b) under θ=π/2, Ggap=2 nm;(c) under θ =π/6, Ggap=10 nm; (d) under θ=π/2, Ggap=10 nm; normalized electric field intensity distributions along (e) x and (f) y directions

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图3给出了该结构中基模特性随纳米线与衬底间距Ggap的变化关系。有效模式系数Re(neff)随着Ggap的增大而减小,且变化幅度较大,意味着硅衬底对等离激元模式的影响随Ggap 的增大而逐步减弱。Re(neff)由Ggap=1 nm 时的59.08下降到Ggap=10 nm时的43.37。随着Ggap 的增大,传播距离LP逐渐增大,但传播距离较小,范围为2~3 μm,如图3(b)所示。实际上,中红外波段石墨烯具有较高的吸收损耗,因此传播距离一般在微米级别。从图3(c)可以看出,归一化模场面积(Aeff/A0)随着Ggap的增大而增大,且变化范围较大,从2.26×10-6一直增大到3.14×10-5。这也可以从图2中得到,Ggap增大时,波导结构对模场的约束能力减弱。可见,Ggap增大时,传输距离的提升不明显,模场面积反而成倍增大,这对亚波长光场传输是极其不利的。因此,为了提高波导性能,后续研究中采用Ggap=2 nm。

图 3. μc=0.5 eV,f0=30 THz,R=10 nm,θ=π/2时模式特性随Ggap的变化。(a) Re(neff);(b)传播距离;(c)归一化模场面积

Fig. 3. Modal properties versus gap when μc=0.5 eV,f0=30 THz, R=10 nm, and θ=π/2. (a) Re(neff); (b) propagation length; (c) normalized mode area

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本文采用三角形截面的纳米线是为了利用尖端效应来实现模场的深度亚波长约束。因此,进一步研究了三角形顶角大小对所提出波导传输性能的影响。如图4(a)所示,当顶角角度从30°增大到150°时,有效模式系数Re(neff)由51.08增大到61.95,而传播距离LP缓慢减小。特别地,当θ在一定范围内时,传播距离变化非常小,甚至基本保持不变,如图4(b)所示。随着角度的增大,尖端聚焦效应逐步减弱,归一化模场面积(Aeff/A0)逐渐增大,但仍然保持在10-6量级左右,如图4(c)所示。从图4(b)~(c)中不难发现,随着顶角角度的减小,一方面传播距离增大,另一方面模场面积减小。这暗示该结构在局部突破了表面等离激元模式中传输损耗和模场面积之间的制约关系,即在实现模式损耗降低的同时减小了模场面积。因此,顶角角度θ较小时,该波导结构传输性能更好。同时需要注意,当顶角角度θ过小时,圆角引起纳米线截面面积大幅度减小,所以顶角角度θ不宜过小。故后续研究中顶角θ=π/3。

图 4. μc=0.5 eV,f0=30 THz,Ggap=2 nm,R=10 nm时模式特性随θ的变化。(a) Re(neff);(b)传播距离;(c)归一化模场面积

Fig. 4. Modal properties versus θ when μc=0.5 eV,f0=30 THz, Ggap=2 nm, and R=10 nm. (a) Re(neff); (b) propagation length; (c) normalized mode area

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此外,为了避免尖端处场分布的奇异性,对三角形的顶角进行了圆滑处理,形成一个圆角。因此,进一步研究了圆角半径R大小对模式特性的影响,如图5所示。当圆角半径R从8 nm增大到20 nm时,有效模式系数Re(neff)从50.58增大到56.72。同时,传播距离LP小幅度下降,如图5(b)所示。此外,R增大导致归一化模场面积(Aeff/A0)增大,如图5(c)所示。可见,圆角半径R越小越好。这是因为当圆角半径R较小时,纳米线尖端对模场的聚焦效应突出。尖端曲率半径R较小时模场约束效果较好,同时减小圆角半径R意味着进入石墨烯层的能量占比相较之前减小,石墨烯吸收损耗减小。同样,R减小导致LP增大,且Aeff/A0减小,局部突破了表面等离激元模式中传输损耗和模场面积之间的制约关系。

图 5. μc=0.5 eV,f0=30 THz,Ggap=2 nm,θ=π/3时模式特性随R的变化。(a) Re(neff);(b)传播距离;(c)归一化模场面积

Fig. 5. Modal properties with respect to R when μc=0.5 eV,f0=30 THz,Ggap=2 nm,and θ=π/3. (a) Re(neff), (b) propagation length; (c) normalized mode area

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相比金属材料,石墨烯化学势可以通过加偏压或者化学掺杂的方式进行调节[16],这为更好地调控模式传输特性提供了一种可行方法。如前文所述,本文中化学势取值范围为0.5~1.1 eV。图6给出了不同化学势下,石墨烯等离激元模式传输特性随频率的变化曲线。随着频率的增大,有效模式系数Re(neff)逐渐增大,同时,更多的能量进入纳米线,损耗也随之增大。从图6(c)可以得到,归一化模场面积随频率的增大而增大,但始终保持在1 0-6量级左右。当f0=20 THz,μc=0.5 eV时,传播距离LP和归一化模场面积Aeff/A0分别为4.23 μm和2.95×10-6。进一步增大μc至1.1 eV,传播距离提升到10.40 μm,同时归一化模场面积仅为4.51×10-6。可见,增大化学势使模式损耗减小。这是因为当增大化学势时,电子的带间跃迁对石墨烯表面电导率的贡献(σinter)大幅减小,使得损耗降低[40]。实际上,中红外波段石墨烯的吸收损耗仍相对较大,故该类表面等离激元的传播距离典型值在10 μm左右。本文所提出的基于衬底的涂覆石墨烯层的三角形纳米线结构在保持模式传输损耗基本不变的前提下,进一步将模场面积减小至10-6量级左右。化学势为1.0~1.1 eV时,与该领域其他研究工作相比,所提波导的基模归一化模场面积比涂覆石墨烯层的圆形纳米线(约10-3)小三个数量级[27-28],比涂覆石墨烯层的双纳米线(约10-4)小两个数量级[32],比石墨烯间隙等离激元波导(约10-5)小一个数量级[33]。这类石墨烯表面等离激元模式可以同时实现极小的模场和长距离传输,在可调谐纳米光子器件和光子集成、传感等领域有潜在的应用价值。

图 6. Ggap=2 nm,θ=π/3,R=10 nm时不同化学势下模式特性和频率的关系。(a) Re(neff);(b)传播距离;(c)归一化模场面积

Fig. 6. Modal properties versus frequency under different chemical potential values when Ggap=2 nm, θ=π/3,and R=10 nm. (a) Re(neff); (b) propagation length; (c) normalized mode area

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最后,简要讨论一下所提出波导结构的实际加工以及传输特性对纳米线介电常数和形状的依赖性。现有研究表明,实验上可以相对容易地加工出涂覆石墨烯层的介质纳米线[51-52]。对于硅衬底,可采用等离子体增强化学气相沉积(Plasma enhanced chemical vapor deposition,PECVD)技术进行加工,且通过控制沉积速度和时间可实现对二氧化硅间隙层厚度的精确控制[53]。此外,本文中纳米线介电常数固定为2.25。前期研究表明,纳米线介电常数越小,波导性能越好[27,32],因此这类不再赘述。同时,研究发现,波导传输性能对纳米线形状有很大依赖性。因此,后续可探索纳米线形状对涂覆石墨烯层的纳米线波导传输性能的影响,这将进一步拓展相关领域的研究。

4 结论

提出一种基于硅衬底的涂覆石墨烯层的三角形纳米线等离激元结构,采用有限元方法详细研究了基模传输特性。结果表明:选择适当的低折射率间隙区域大小和三角形顶角角度,可较好展现该结构的模式传播特性;尖端圆角半径越小,模场在尖端处的聚焦效应越突出且模式传输损耗更低;增大石墨烯化学势可以大幅降低传输损耗。此外,研究发现,所提波导结构可在局部突破表面等离激元模式中传输损耗和模场面积之间的制约关系,即在实现模式损耗降低的同时减小模场面积。特别地,所提波导在保持模式传输损耗基本不变的前提下,进一步将模场面积压缩至10-6量级左右。该类石墨烯表面等离激元优异的亚波长传输特性使得其在可调谐纳米光子器件及光子集成领域具有潜在的应用价值。

参考文献

[1] Gramotnev D K, Bozhevolnyi S I. Plasmonics beyond the diffraction limit[J]. Nature Photonics, 2010, 4(2): 83-91.

[2] 李盼. 表面等离激元纳米聚焦研究进展[J]. 物理学报, 2019, 68(14): 146201.

    Li P. Research progress of plasmonic nanofocusing[J]. Acta Physica Sinica, 2019, 68(14): 146201.

[3] Fang Y, Sun M. Nanoplasmonic waveguides: towards applications in integrated nanophotonic circuits[J]. Light: Science & Applications, 2015, 4(6): e294.

[4] Wei H, Pan D, Zhang S, et al. Plasmon waveguiding in nanowires[J]. Chemical Reviews, 2018, 118(6): 2882-2926.

[5] Wang Y P, Ma Y G, Guo X, et al. Single-mode plasmonic waveguiding properties of metal nanowires with dielectric substrates[J]. Optics Express, 2012, 20(17): 19006-19015.

[6] Teng D, Cao Q, Li S, et al. Tapered dual elliptical plasmon waveguides as highly efficient terahertz connectors between approximate plate waveguides and two-wire waveguides[J]. Journal of the Optical Society of America A, 2014, 31(2): 268-273.

[7] 王文慧, 张孬. 银纳米线表面等离激元波导的能量损耗[J]. 物理学报, 2018, 67(24): 247302.

    Wang W H, Zhang N. Energy loss of surface plasmon polaritons on Ag nanowire waveguide[J]. Acta Physica Sinica, 2018, 67(24): 247302.

[8] 陈奕霖, 许吉, 时楠楠, 等. 金属-介质-金属波导布拉格光栅的模式特性[J]. 光学学报, 2017, 37(11): 1123002.

    Chen Y L, Xu J, Shi N N, et al. Mode properties of metal-insulator-metal waveguide Bragg grating[J]. Acta Optica Sinica, 2017, 37(11): 1123002.

[9] 邵晓珍, 张冠茂, 王琼, 等. 基于黄金分割比的长程介质加载表面等离子激元波导传输特性研究[J]. 激光与光电子学进展, 2016, 53(6): 061301.

    Shao X Z, Zhang G M, Wang Q, et al. Transmission characteristics of long-range dielectric-loaded surface plasmon polariton waveguide based on golden ratio[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2016, 53(6): 061301.

[10] 张冠茂, 孙海丽, 李建明, 等. 一种对称混合长程表面等离子激元波导传输特性研究[J]. 激光与光电子学进展, 2013, 50(12): 121301.

    Zhang G M, Sun H L, Li J M, et al. Study on the transmission characteristics of symmetric hybrid long-range surface plasmon polariton waveguide[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2013, 50(12): 121301.

[11] Yan M, Qiu M. Guided plasmon polariton at 2D metal corners[J]. Journal of the Optical Society of America B, 2007, 24(9): 2333-2342.

[12] 周沛, 卢启景, 吴根柱, 等. 基于半导体纳米线和金属脊的混合表面等离子体波导模式特性分析[J]. 光子学报, 2013, 42(12): 1460-1463.

    Zhou P, Lu Q J, Wu G Z, et al. Mode properties of hybrid plasmonic waveguide based on semiconductor nanowire and metal ridge[J]. Acta Photonica Sinica, 2013, 42(12): 1460-1463.

[13] Bian Y S, Zheng Z, Zhao X, et al. Symmetric hybrid surface plasmon polariton waveguides for 3D photonic integration[J]. Optics Express, 2009, 17(23): 21320-21325.

[14] Dai D X, He S L. A silicon-based hybrid plasmonic waveguide with a metal cap for a nano-scale light confinement[J]. Optics Express, 2009, 17(19): 16646-16653.

[15] Gao Y X, Shadrivov I V. Second harmonic generation in graphene-coated nanowires[J]. Optics Letters, 2016, 41(15): 3623-3626.

[16] Vakil A, Engheta N. Transformation optics using graphene[J]. Science, 2011, 332(6035): 1291-1294.

[17] 李勇, 张惠芳, 范天馨, 等. 双介质加载石墨烯表面等离子激元波导的理论分析[J]. 光学学报, 2016, 36(7): 0724001.

    Li Y, Zhang H F, Fan T X, et al. Theoretical analysis of double dielectric loaded graphene surface plasmon polariton[J]. Acta Optica Sinica, 2016, 36(7): 0724001.

[18] 杨晓霞, 孔祥天, 戴庆. 石墨烯等离激元的光学性质及其应用前景[J]. 物理学报, 2015, 64(10): 106801.

    Yang X X, Kong X T, Dai Q. Optical properties of graphene plasmons and their potential applications[J]. Acta Physica Sinica, 2015, 64(10): 106801.

[19] Lu H, Zhao J L, Gu M. Nanowires-assisted excitation and propagation of mid-infrared surface plasmon polaritons in graphene[J]. Journal of Applied Physics, 2016, 120(16): 163106.

[20] Lu H, Zeng C, Zhang Q M, et al. Graphene-based active slow surface plasmon polaritons[J]. Scientific Reports, 2015, 5: 8443.

[21] Xu W, Zhu Z H, Liu K, et al. Dielectric loaded graphene plasmon waveguide[J]. Optics Express, 2015, 23(4): 5147-5153.

[22] Liu P H, Zhang X Z, Ma Z H, et al. Surface plasmon modes in graphene wedge and groove waveguides[J]. Optics Express, 2013, 21(26): 32432-32440.

[23] 李志全, 冯丹丹, 李欣, 等. 基于石墨烯表面等离激元的双支节结构光电调制器[J]. 光学学报, 2018, 38(1): 0124001.

    Li Z Q, Feng D D, Li X, et al. Graphene surface plasmon polaritons based photoelectric modulator with double branched structure[J]. Acta Optica Sinica, 2018, 38(1): 0124001.

[24] Li W, Chen B G, Meng C, et al. Ultrafast all-optical graphene modulator[J]. Nano Letters, 2014, 14(2): 955-959.

[25] 谢亚楠, 刘志坤, 耿莉, 等. 石墨烯微波至太赫兹的特性及天线中的应用[J]. 光学学报, 2015, 35(s1): s116005.

    Xie Y N, Liu Z K, Geng L, et al. Properties of graphene and antenna applications in microwave to THz[J]. Acta Optica Sinica, 2015, 35(s1): s116005.

[26] Cao T, Li Y, Tian L, et al. Fast switching “on/off” chiral surface plasmon polaritons in graphene-coated Ge2Sb2Te5 nanowire[J]. ACS Applied Nano Materials, 2018, 1(2): 759-767.

[27] Gao Y X, Ren G B, Zhu B F, et al. Analytical model for plasmon modes in graphene-coated nanowire[J]. Optics Express, 2014, 22(20): 24322-24331.

[28] Gao Y X, Ren G B, Zhu B F, et al. Single-mode graphene-coated nanowire plasmonic waveguide[J]. Optics Letters, 2014, 39(20): 5909-5912.

[29] Liu J P, Zhai X, Wang L L, et al. Analysis of mid-infrared surface plasmon modes in a graphene-based cylindrical hybrid waveguide[J]. Plasmonics, 2016, 11(3): 703-711.

[30] Liu J P, Zhai X, Xie F, et al. Analytical model of mid-infrared surface plasmon modes in a cylindrical long-range waveguide with double-layer graphene[J]. Journal of Lightwave Technology, 2017, 35(10): 1971-1979.

[31] Zhu B F, Ren G B. Yang, et al. Field enhancement and gradient force in the graphene-coated nanowire pairs[J]. Plasmonics, 2015, 10(4): 839-845.

[32] Teng D, Wang K, Li Z, et al. Graphene-coated nanowire dimers for deep subwavelength waveguiding in mid-infrared range[J]. Optics Express, 2019, 27(9): 12458-12469.

[33] 滕达, 王凯, 李哲, 等. 用于中红外波深度亚波长传输的石墨烯间隙等离激元波导[J]. 光学学报, 2020, 40(6): 0623002.

    Teng D, Wang K, Li Z, et al. Graphene gap plasmonic waveguide for deep-subwavelength transmission of mid-infrared waves[J]. Acta Optica Sinica, 2020, 40(6): 0623002.

[34] Teng D, Wang K, Li Z, et al. Graphene-coated elliptical nanowires for low loss subwavelength terahertz transmission[J]. Applied Sciences, 2019, 9(11): 2351.

[35] Huang Y X, Zhang L, Yin H, et al. Graphene-coated nanowires with a drop-shaped cross section for 10 nm confinement and 1 mm propagation[J]. Optics Letters, 2017, 42(11): 2078-2081.

[36] Liang H, Zhang L, Zhang S, et al. Gate-programmable electro-optical addressing array of graphene-coated nanowires with sub-10 nm resolution[J]. ACS Photonics, 2016, 3(10): 1847-1853.

[37] 翟利, 薛文瑞, 杨荣草, 等. 涂覆石墨烯的电介质纳米并行线的传输特性[J]. 光学学报, 2015, 35(11): 1123002.

    Zhai L, Xue W R, Yang R C, et al. Propagation properties of nano dielectric parallel lines coated with graphene[J]. Acta Optica Sinica, 2015, 35(11): 1123002.

[38] 彭艳玲, 薛文瑞, 卫壮志, 等. 涂覆石墨烯的非对称并行电介质纳米线波导的模式特性分析[J]. 物理学报, 2018, 67(3): 038102.

    Peng Y L, Xue W R, Wei Z Z, et al. Mode properties analysis of graphene-coated asymmetric parallel dielectric nanowire waveguides[J]. Acta Physica Sinica, 2018, 67(3): 038102.

[39] 卫壮志, 薛文瑞, 彭艳玲, 等. 涂覆石墨烯的三根电介质纳米线波导的模式特性[J]. 光学学报, 2019, 39(1): 0124001.

    Wei Z Z, Xue W R, Peng Y L, et al. Mode characteristics of waveguides based on three graphene-coated dielectric nanowires[J]. Acta Optica Sinica, 2019, 39(1): 0124001.

[40] Teng D, Wang K, Li Z. Graphene-coated nanowire waveguides and their applications[J]. Nanomaterials, 2020, 10(2): 229.

[41] Hajati M, Hajati Y. High-performance and low-loss plasmon waveguiding in graphene-coated nanowire with substrate[J]. Journal of the Optical Society of America B, 2016, 33(12): 2560-2565.

[42] Hajati M, Hajati Y. Plasmonic characteristics of two vertically coupled graphene-coated nanowires integrated with substrate[J]. Applied Optics, 2017, 56(4): 870-875.

[43] Wu D, Tian J P, Yang R C. Study of mode performances of graphene-coated nanowire integrated with triangle wedge substrate[J]. Journal of Nonlinear Optical Physics & Materials, 2018, 27(2): 1850013.

[44] Chandler-Horowitz D, Amirtharaj P M. High-accuracy, midinfrared (450 cm -1≤ω≤ 4000 cm -1) refractive index values of silicon[J]. Journal of Applied Physics, 2005, 97(12): 123526.

[45] Francescato Y, Giannini V, Maier S A. Strongly confined gap plasmon modes in graphene sandwiches and graphene-on-silicon[J]. New Journal of Physics, 2013, 15(6): 063020.

[46] Gan C H, Chu H S, Li E P. Synthesis of highly confined surface plasmon modes with doped graphene sheets in the midinfrared and terahertz frequencies[J]. Physical Review B, 2012, 85(12): 125431.

[47] Efetov D K, Kim P. Controlling electron-phonon interactions in graphene at ultrahigh carrier densities[J]. Physical Review Letters, 2010, 105(25): 256805.

[48] Jiang T, Huang D, Cheng J L, et al. Gate-tunable third-order nonlinear optical response of massless Dirac fermions in graphene[J]. Nature Photonics, 2018, 12(7): 430-436.

[49] Chen C F, Park C H, Boudouris B W, et al. Controlling inelastic light scattering quantum pathways in graphene[J]. Nature, 2011, 471(7340): 617-620.

[50] Oulton R F, Sorger V J, Genov D A, et al. A hybrid plasmonic waveguide for subwavelength confinement and long-range propagation[J]. Nature Photonics, 2008, 2(8): 496-500.

[51] Cao T, Tian L, Liang H W, et al. Reconfigurable, graphene-coated, chalcogenide nanowires with a sub-10-nm enantioselective sorting capability[J]. Microsystems & Nanoengineering, 2018, 4: 7.

[52] Chen B G, Meng C, Yang Z Y, et al. Graphene coated ZnO nanowire optical waveguides[J]. Optics Express, 2014, 22(20): 24276-24285.

[53] Dai D, Liu L, Wosinski L, et al. Design and fabrication of ultra-small overlapped AWG demultiplexer based on α-Si nanowire waveguides[J]. Electronics Letters, 2006, 42(7): 400-402.

滕达, 马文帅, 杨研蝶, 郭晋康, 王凯. 基于衬底的涂覆石墨烯层的三角形纳米线亚波长传输特性研究[J]. 光学学报, 2020, 40(13): 1324002. Da Teng, Wenshuai Ma, Yandie Yang, Jinkang Guo, Kai Wang. Study on Subwavelength Transmission Properties of Triangular-Shaped Graphene-Coated Nanowires on Substrate[J]. Acta Optica Sinica, 2020, 40(13): 1324002.

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