与光学增强反射群延迟都通过布拉格Graphene-Dielectric镜像配置状态

文摘

反射的光脉冲的群时延结构组成的石墨烯和一维光子晶体(1 d PC)进行了研究。结果表明,大负的群延迟在这个配置可以实现由于激发光都状态(OTS) graphene-dielectric接口。可以放大负面反映群延迟,可以从正到负,反之亦然。我们表明,石墨烯的电导率显著影响反映了群时延,使graphene-PC结构是一个不错的候选人在太赫兹频率动态可调光学延迟设备。此外,石墨烯的弛豫时间的影响,这一事件的天使,和群延迟顶层的色散特性是澄清。

1。介绍

电磁波传播的群延迟,遍历一个媒体一起延迟控制技术吸引了太多的关注,因为它提供了许多潜在的应用光学通信(1,2]。这些技术可以应用到许多光学设备如全光学缓冲区,光学数据存储、光学记忆等等(3- - - - - -5]。众所周知,“光速效应”和“超光速效应”,它存在于高色散设备和媒体,研究了在理论上和实验上的各种结构(6- - - - - -8]。最近,Ouchani等。研究超光速的可能性和消极的电磁波传播延迟时间在一个线性和被动周期性结构交替组成的各向同性和各向异性介质9]。王等。显示可调积极和消极的群延迟的光反射之间的过渡层结构的石墨烯层(10]。李et al。捏造一个24-GHz source-degenerated移可调延迟器与负的群时延补偿11]。然而,有效的方法提高光脉冲的群延迟要改善。

最近,石墨烯,碳的同素异形体,一个有趣的二维纳米材料,已成为一个重要的和潜在的材料由于其出色的性能获得了广泛关注在光电子学等各个领域,材料科学,检测(12- - - - - -15]。石墨烯具有许多优秀的光电特性,如宽带(16),光和石墨烯之间的强相互作用17),良好的光学透明度(18),和高电子迁移率(19];特别是,石墨烯电导率可以灵活控制的外部电压(14,20.]。因此,群延迟可以灵活地操纵优化外部电压。出于这个原因,布拉格腔由石墨烯和光学晶格似乎是一个潜在的结构实现和控制可调群延迟。

OTS是一个表面波在界面上的两个不同的媒体。它抓住了研究人员的关注由于其强大的地方光和易于兴奋(21- - - - - -25]。在本文中,我们提出了一个新颖的结构由石墨烯和光学晶格;它可以实现反映了群时延和切换的增强正面反映了群时延和负面反映光脉冲的群延迟。我们从理论上证明反射的光脉冲的群延迟可以得到令人兴奋的OTS通过石墨烯。此外,群延迟可以被调整费米能级,入射角和放松的时间。慢光和快速的影响可以持续调优太赫兹政权。我们相信它有潜力和实现通信系统的重要应用,尤其是对光学延迟设备的设计。

2。理论模型和方法

与半导体超晶格相比,1 d电脑异质结构和分布式布拉格反射器(DBR)适合结构观察OTS众所周知。在本文中,我们的结构由单层石墨烯,顶层,1 d电脑。单层石墨烯的厚度为0.34纳米,是放在顶层。1 d电脑由 周期是放在底部的配置。如今,一维光子晶体的制备和石墨烯的转移是成熟的技术。不难制造提出的结构如图1。因此,这个项目是可行的26,27]。衬底的厚度和衬底的厚度DBR组成。表层的厚度 ,被放置在石墨烯片和1 d PC如图1。在这里,保利(4-methyl-1-pentene) (TPX推算)选择介质材料的基质和基质B的配置中,折射率是谁的 和 分别在太赫兹范围内。我们不考虑介质损耗的影响,在随机相位近似;单层石墨烯的表面电导率可以视为的总和和(28]。然而,在太赫兹范围内,石墨烯的电导率可以近似描述为(29日] 在哪里是电子电荷; , , 代表了普朗克常数、费米能级和电子声子弛豫时间,分别。是入射电磁波的角频率。这里,衬底的厚度和底物在复合结构设置 和 ,分别。与此同时,中央波长设置 μm。为了简化计算,我们假设表层的厚度和折射率是一样相同的底物b .除此之外,我们选择温度 K和弛豫时间 ps。从石墨烯的电导率方程,我们可以发现费米能级影响石墨烯的导电性;与此同时费米能量可以由外部电压调整;这意味着我们可以灵活调整石墨烯的导电性优化外部电压,甚至优化复合结构的光学性质。

为了计算反映群延迟特性的复合结构,我们需要计算复合结构的透射率和反射率。为了获得与OTS相关激励条件,我们使用修改后的传递矩阵法计算复合结构的透射率和反射率(30.]。在这里,我们可以忽略计算石墨烯的厚度。有别于传统的传递矩阵,接口的传输矩阵TM-polarized复合结构的纸可以表示为 在哪里 , , , ,和和代表入射电磁波的入射角和真空介电常数,分别。和是空气的介电常数和顶层,分别。的传输矩阵TE-polarized也可以获得类似的。基于传播矩阵和传递矩阵,我们可以成功地计算复合结构的透射率和反射率。窄脉冲频谱的限制下,反射的群延迟的复合结构可以编写如下(7]: 在哪里代表载波频率和代表了反思的阶段。

3所示。结果和讨论

小节中,我们将讨论在air-graphene-top层反射群延迟的特点1 d PC复合结构。众所周知,OTS可直接兴奋在TE -和TM-polarized甚至发生在正常的发病率。为了简单起见,我们只讨论TM-polarized OTS摘要。OTS的复合结构,激发创造条件的大群延迟反映出来。基于公式(3),大积极或消极的梯度对应于一个大型反射群延迟的关系反映了不同阶段的频率,为了验证结构的群延迟的特点;我们绘制反射的关系反映了相变与频率,如图2(一个)和2 (b)。为简单起见,我们假设电磁波垂直入射。从图2(一个),我们可以很容易地看到一个明显的倾斜反射的共振频率由于励磁OTS (31日];的下降是由交互反射系数的实部和虚部。因此,附近激发OTS的频率,反映阶段显示了非凡的单调下降和强单调下降反映阶段对应于一个大的负面反映群延迟,如图2 (b)。我们也计算了反射群延迟整个配置根据公式(3),如图2 (c)。我们可以看到反射的群延迟到达ps在太赫兹在费米能级电动汽车。一个小改变石墨烯的电导率可以显著实现价值的变化反映了群时延;目前,费米能级有很大影响石墨烯的导电性,当费米能量增加,反射的群延迟的负价值会降低,如图2 (c)。因此,我们可以灵活地操纵通过调优的外部电压反射的群延迟。它还提供了一种有效的方法来操作反映群延迟通过外部控制在固定结构。

根据(1),可以看出,石墨烯的弛豫时间对石墨烯的导电性也有重要影响。然而,反射强烈依赖于石墨烯的光电导率由于传递矩阵,反映阶段和反映群延迟影响石墨烯的导电性。因此,反映了群时延和石墨烯的弛豫时间是高度相关的。此外,它给了我们一个新的想法来操作通过这些特征反映了群时延。图3提出了反映群延迟和反射不同频率和弛豫时间的阶段。相比之下,费米能级的影响反映阶段和反映群延迟,石墨烯的弛豫时间的变化引起的事实反映阶段单调增加,单调下降。因此,积极反映群延迟和消极反映群延迟。如图3(一个)下面,当弛豫时间ps,反映阶段变得陡峭与共振频率附近的弛豫时间的增加,复合结构的和消极的反映集团时间接近最大谐振点附近。特别是,当弛豫时间ps,反映阶段的曲线是单调递增;这意味着负面反映群延迟可以转化为积极的群延时在一定条件下反映出来。本文的价值反映了群时延可以达到ps和ps。弛豫时间的变化并不影响反射的群延迟固定配置。尽管如此,它还提供了一种可行的方法将反射的群延迟时间的象征。

尽管OTS可以被正常的发病率,兴奋OTS的激发条件的差异不同的入射角;它还提供了一个想法操纵反射的群延迟。我们也讨论了影响事件的天使在反映群延迟graphene-1D PC复合结构。反映阶段的变化规律在不同入射角和反射的群延迟图所示4。与天使的发生率逐渐增加从0度,反映阶段的曲线越陡峭;这样的价值反映了群时延的复合结构变得更大。我们可以看到反射的群延迟到达天使的发病率是20度时ps。

接下来,我们将讨论影响顶层的色散特性反映了群时延。在我们的复合结构,嵌入顶层观察的变化反映了群时延。顶层可以调节OTS,我们可以推断出不同参数的顶层将改变OTS基于复合结构的本征频率。图5显示的变化反映了群时延与表层的厚度和介电常数的顶层TM极化。从图5(一个)表层厚度的增加,我们可以看到,负面的价值反映了群时延会增加显著。负面的价值反映了群时延可以达到ps,负面反映群延迟变得相对稳定μm。此外,我们还讨论了顶层的介电常数的影响,根据公式;我们控制层的介电常数可以通过调整层的折射率。如图5 (b)顶层的介电常数增加,反映了群时延的负面价值也增加,变得稳定。与表层厚度的影响相比,反射的群延迟更敏感层的介电常数。因此,我们可以调整层的厚度和介电常数控制反射的群延迟更好。

4所示。结论

总之,我们提出一个方法来提高反射群延迟通过激发OTS graphene-1D PC复合配置。发现反映群延迟的值显著增加了复合结构,可以达到负反射群延迟ps在适当的参数,我们可以实现之间的过渡正面和负面反映群延迟通过调优的弛豫时间。此外,仿真结果表明,费米能级,这一事件的天使,和顶层的色散特性会影响反射的群延迟。这意味着反射的群延迟非常依赖于石墨烯的属性;因此,它提供了一个有效的和可行的方法来提高和控制反射的群延迟。我们相信,可调正面和负面反映群延迟通过激动人心的OTS graphene-1D PC复合配置会更好应用到光学延迟设备和其他光学领域。

数据可用性

没有数据被用来支持本研究。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这部分工作是由中国国家自然科学基金(授予号。11474090,11704119,11704119,11647135),中国的湖南省自然科学基金(批准号。2018 jj3325, 2016 jj6097,和14 jj6007),湖南省教育部门的科学研究基金(批准号。17 c0945 c0957 17日),该项目支持优秀人才在湖南师范大学(批准号ET1502),湖南师范大学大学生创新计划(批准号2017090)。

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