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
对比研究了石墨烯包裹的纳米线与金属包裹的纳米线亚波长传输特性。针对单线和双线两个结构，采用有限元方法研究了不同频率和尺寸下最低阶模式的场分布和传输特性。结果表明，当金属层厚度大于其趋肤深度时，石墨烯包裹的纳米线的基模光场约束性能更好；当金属层厚度远小于趋肤深度时，金属包裹的纳米线和石墨烯包裹的纳米线亚波长传输性能相当。相关研究结果可为等离激元材料的选择提供参考，在亚波长光子器件领域有潜在的应用价值。
光学器件 波导 红外波 纳米线 激光与光电子学进展
2021, 58(9): 0923001
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
对比研究石墨烯薄层在等离激元纳米光波导有限元计算中的两种处理方法，即表面电流法和薄层法。基于上述两种方法，分别研究石墨烯平面波导结构和曲面波导结构中基模的场分布以及基模在不同频率和几何等参数作用下的等效模式系数。仿真结果表明，表面电流法与薄层法对上述问题均具有高度的适用性。特别的是，表面电流法与理论计算结果的偏差非常小（小于1%），而且该方法更节省计算资源。相关研究结果可用于简化石墨烯层在有限元计算中的处理方式，并且可以提高计算效率。
光学器件 石墨烯 有限元方法 表面电流法 薄层法 激光与光电子学进展
2021, 58(7): 0723003
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
提出一种由硅-绝缘体（SOI）结构与涂覆石墨烯层的纳米线（GCNW）构成的低损耗波导结构，采用有限元方法详细研究波导结构中石墨烯等离激元基模传输特性对频率、几何参数、材料参数以及石墨烯化学势的依赖关系。仿真结果表明，该波导中低折射率的SiO2介质层可实现高性能的深度亚波长光约束。得益于低折射率的SiO2介质层和SOI衬底以及石墨烯层的高折射率对比度，可获得极小模场面积的低损耗等离激元模式。所提出的波导结构为高性能和深度亚波长可调谐集成光子器件的设计提供一定的参考。
光学器件 表面光学 波导 表面等离激元 红外波 激光与光电子学进展
2021, 58(3): 0323001
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
针对涂覆石墨烯层的圆形纳米线结构中模式场约束特性较差,以及难以与常用的线偏光源进行耦合,提出两种涂覆石墨烯层的双椭圆形纳米线等离激元波导,并采用有限元方法详细研究该结构中的石墨烯等离激元模式特性对几何参数和物理参数的依赖关系。仿真结果表明,双椭圆形纳米线的排列方向、纳米线间距、椭圆长短轴的比值和石墨烯化学势对等离激元模式传输性能有显著影响。所提的涂覆石墨烯层的双椭圆形纳米线结构能够实现长距离传输和亚波长约束,并在可调谐纳米光子器件和红外传感等领域具有潜在的应用价值。
光学器件 波导 表面等离激元 红外波 激光与光电子学进展
2020, 57(23): 232303
