涂覆石墨烯的椭圆形电介质纳米线光波导的模式特性分析

作     者：程鑫 薛文瑞 卫壮志 董慧莹 李昌勇 Cheng Xin;Xue Wen-Rui;Wei Zhuang-Zhi;Dong Hui-Ying;Li Chang-Yong

作者机构：山西大学物理电子工程学院太原030006 山西大学激光光谱研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室太原030006 山西大学极端光学协同创新中心太原030006 

基　　金：国家自然科学基金(批准号:61378039 61575115) 国家自然科学基金国家基础科学人才培养基金(批准号:J1103210)资助的课题 

出 版 物：《物理学报》 (Acta Physica Sinica)

年 卷 期：2019年第68卷第5期

页      码：245-255页

摘      要：设计了一种涂覆石墨烯的椭圆形电介质纳米线光波导.采用分离变量法,在椭圆柱坐标系中,借助Mathieu函数,得到了色散方程.通过数值求解色散方程,可以得到模式的有效折射率和场分布,从而得到模式的传播长度.研究了工作波长、结构参数以及石墨烯的费米能对模式特性的影响,并给出了前五个模式的品质因数.计算表明,当波长从4.3μm增加到8.8μm,这5个模式的有效折射率的实部减小,基模和一阶模的传播长度增大,二阶模的传播长度先增大后减小.当改变纳米线结构参数半长轴和半短轴时,对基模和一阶模的模式特性影响较小,对二阶模的模式特性影响较大.当石墨烯的费米能从0.45 eV增加到0.72 eV时,有效折射率的实部减小,传播长度可以达到2μm左右.分离变量法得到的结果与有限元方法得到的结果完全一致.本文工作可以为基于涂覆石墨烯的电介质纳米线的光波导的设计、制作和应用提供理论基础.

主 题 词：石墨烯 纳米线 波导 分离变量法 

学科分类：070207[070207] 07[理学] 0702[理学-物理学类] 

核心收录：

D　O　I：10.7498/aps.68.20182090

馆 藏 号：203457985...