Ultra-compact, low-loss terahertz waveguide based on graphene plasmonic technology
Ultra-compact, low-loss terahertz waveguide based on graphene plasmonic technology
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基于石墨烯等离子体技术的超紧凑、低损耗太赫兹波导
DOI：
10.1088/2053-1583/ab5546
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发表时间：
2019-11
期刊：
影响因子：
5.5
通讯作者：
Qu Junle
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Zheng Kai;Yuan Yufeng;Zhao Litao;Chen Yu;Zhang Fan;Song Jun;Qu Junle
为了满足高集成度、超低传输损耗的太赫兹芯片的需求，提出了一种新型的混合石墨烯等离子体光波导，其中低折射率绝缘体嵌入在缝隙脊状(由石墨烯覆盖)结构和高折射率介质波导之间。这种设计的波导结合了石墨烯的等离子体响应、大折射率差材料的能量分配机制和混合等离子体波导的模式特性，从而获得了优异的波导性能。与传统的工作在3 THz的石墨烯混合等离子体光波导相比，我们获得了50倍强的模式限制和5倍小的传输损耗。研究了模式性质对石墨烯化学势的影响，揭示了一种控制模式限制或传播距离的有效方法。此外，由于模式的超强能量限制，两个平行波导之间的耦合引起的串扰可以忽略不计，这为实现超紧凑的芯片级太赫兹器件铺平了道路。
In order to meet the demand for highly integrated terahertz chips with ultra-low transmission loss, a novel hybrid graphene plasmonic waveguide is proposed, wherein low-index insulators are embedded between a slot-rib (covered by graphene) structure and a high-index dielectric waveguide. This designed waveguide combines the plasmonic response of graphene, energy distribution mechanism of materials with large refractive index difference, and modal properties of hybrid plasmonic waveguide to yield superior waveguiding performance. We achieved 50 times stronger mode confinement along with five times smaller propagation loss, as compared to the traditional graphene hybrid plasmonic waveguide operating at 3 THz. Investigation on the influence of modal properties on chemical potential of graphene revealed an active approach to control mode confinement or propagation distance. In addition, owing to the ultra-strong energy confinement of modes, the crosstalk caused by coupling between two parallel waveguides is negligible, which paves the way for realizing ultra-compact, chip-level terahertz devices.
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