青岛大学 电子信息学院, 山东 青岛 266071
为增强石墨烯对近红外通信波段光波的吸收, 提出了一种基于周期性宇称-时间(Parity-time)对称结构的石墨烯基吸收器, 该结构由顶层的石墨烯层和底层周期性PT对称单元构成。采用传输矩阵方法系统地研究了该结构中石墨烯对1 450～1 650 nm波长范围内光波的吸收特性。结果表明, 通过优化石墨烯复合PT对称微纳结构参数, 对于所研究波长范围内垂直入射的近红外光波, 单层石墨烯的平均吸收增强了35倍。同时, 对入射角在0°～30°范围内的光波, 结构对TE极化波和TM极化波的平均吸收分别增强了19.7倍和54倍。该结构对近红外通信波段光波具有高强度吸收特性, 可广泛用于吸收器、光电探测器和红外光学传感器等器件的设计。
宇称时间对称 石墨稀 近红外 传输矩阵 parity-time symmetry graphene near-infrared transfer matrix method
提出一种基于周期性宇称-时间(PT)对称结构的磁光调制器,该结构由在中间的水基MnFe2O4磁流体层和两侧周期性PT对称单元构成,利用磁流体的磁光效应,实现具有增益的高消光比光调制。利用传输矩阵法对结构进行仿真分析,结果表明,对于波长处于结构禁带低透射区域的入射光波,在以1550 nm为中心从1513 nm到1587 nm的波长范围内,调制器对入射光最大增益接近25 dB,消光比最高接近60 dB,最低可达30 dB,同时入射光波透射率和波长移动的平均调制灵敏度最大分别可以达到74.51 dB和108.2 nm。
光学器件 宇称-时间对称 磁光效应 调制器 传输矩阵法
Author Affiliations
Abstract
School of Electronic Information, Qingdao University, Qingdao 266071, China
In order to realize the ultrastrong absorption of graphene with electrical modulation properties, we designed a composite structure of graphene and parity-time (PT) symmetry photonic crystal, which is achieved by placing the graphene layer on the top layer of the PT symmetry photonic crystal. In this paper, the absorption properties of graphene and the electrical modulating properties of the structure were theoretically analyzed based on the transfer matrix method. The result shows that the proposed structure can achieve the absorption of 31.5 dB for the communication wavelength of 1550 nm; meanwhile, by setting the electric field intensity to , the absorption of graphene can be largely modulated to realize an electrically switchable effect, the modulation depth of graphene absorption can reach nearly 100%, and the operation speed is also close to 8.171 GHz. This investigation provides a novel approach to design graphene-based optoelectronic devices and optical communication devices.
parity-time symmetry ultrastrong absorption electrical modulation graphene transfer matrix method Chinese Optics Letters
2022, 20(2): 022201
具有宽带高吸收特性的吸收器是太阳能利用的关键。设计了一种含有抗反射层的基于二维光子晶体结构的太阳能吸收器,其中砷化镓(GaAs)作为吸收介质,被填充到具有四方晶格结构的二维光子晶体的钨(W)基底圆形空腔中。采用有限元法进行了模拟计算分析,结果表明,在300~2500 nm的波长范围内,吸收器的平均吸收率为92.5%,有效吸收率高达94.9%,入射仰角为50°时,有效吸收率仍有90.13%。该结构具有全太阳光谱高吸收、偏振不敏感和广角吸收等特点。研究结果为高性能太阳能吸收器的设计提供了参考。
材料 太阳能吸收器 二维光子晶体 抗反射膜 吸收谱 全太阳光谱
