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 郑州师范学院物理与电子工程学院量子材料研究中心, 河南 郑州 450044
3 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
4 上海大学理学院, 上海 200444
提出一种由石墨烯包裹的纳米线和石墨烯层构成的石墨烯间隙波导结构,并采用有限元方法对基模传输特性及其与结构参数、材料参数等的关系进行了详细研究。结果表明:纳米线半径、间隙距离、纳米线介电常数和石墨烯化学势均对模式传输特性有很大影响。通过优化参数,这种结构可以同时实现石墨烯等离激元的长距离传输和模场的深度亚波长约束。采用石墨烯等离激元实现中红外波的深亚波长传输为突破衍射极限光子器件的设计及高密度集成提供了理论基础和指导。
光学器件 波导 表面等离激元 红外波 亚波长结构
