+高级检索
首页 > 过刊浏览>2021年第40卷第2期 >143-149. DOI:10.11972/j.issn.1001-9014.2021.02.001
PDF HTML阅读 XML下载 导出引用 引用提醒
基于等离子体结构的太赫兹石墨烯电光调制器的机理分析
作者:
作者单位:

西安工程大学 电子信息学院，陕西 西安 710048

中图分类号:

O439


Mechanism analysis of terahertz graphene electro-optic modulator with plasma structure
Author:
Affiliation:

School of Electronics and Information， Xi’an Polytechnic University， Xi’an 710048， China

Fund Project:

Supported by Research Project of Xi’an Polytechnic University (107020492), and National Natural Science Foundation of China(51905405)

  • 摘要
    • | |
  • 访问统计
    • |
  • 参考文献 [37]
    • |
  • 相似文献 [10]
    • | | |
  • 文章评论
    摘要:

    基于等离子体共振机理，提出了一种包含金属/石墨烯/ Al2O3/石墨烯堆栈结构的等离子体脊型波导.基于光电效应的微观机理分析，通过设计波导结构和等离子体结构，优化调制器的性能.结果显示，电光调制器的插入损耗很低，工作在近红外波段，调制速率为730 GHz，能量损耗为0.7 fJ/bit，3-dB带宽为3.66 THz.

    Abstract:

    Based on the theory of plasmon resonance， we present a photon plasma ridge waveguide consisting of a metal/graphene/Al2O3/graphene stacking structure. The modulation performance is optimized through the design of the waveguide and plasma structures by analyzing the microscopic mechanism of photoelectric reaction. A low-insertion-loss near-infrared electro-optic modulator with a modulation rate of 730 GHz， energy consumption of 0.7 fJ/bit， and 3-dB bandwidth of 3.66 THz is achieved.

    参考文献
    [1] Mayorov A S ， Gorbachev R V ， Morozov S V ， et al . Micrometer-scale ballistic transport in encapsulated graphene at room temperature[J]. Nano Lett. 2011， 11： 2396.
    [2] Bolotin K I ， Sikes K J ， Jiang Z ， et al . Ultrahigh electron mobility in suspended graphene[J]. Solid State Commun. 2008， 146（9）： 351-355.
    [3] Gan X ， Shiue R J ， Gao Y ， et al . Chip-integrated ultrafast graphene photodetector with high responsivity[J]. Nat. Photonics， 2013， 7（11）： 883-887.
    [4] Hong X ， Posadas A ， Zou K ， et al . High-mobility few-layer graphene field effect transistors fabricated on epitaxial ferroelectric gate oxides[J]. Phys. Rev. Lett. 2009， 102（13）： 136808.
    [5] Winnerl S. ， Orlita M. ， Plochocka P. ， et al . Carrier relaxation in epitaxial graphene photoexcited near the Dirac point[J]. Phys. Rev. Lett. 2011， 107（23）： 237401.
    [6] Nair R. R. ， Blake P. ， Grigorenko A. N. ， et al . Fine structure constant defines visual transparency of graphene[J]. Science， 2008， 320（5881）： 1308-1308.
    [7] Kim K. S. ， Zhao Y. ， Jang H. ， et al . Large-scale pattern growth of graphene films for stretchable transparent electrodes[J]. Nature， 2009， 457（7230）： 706-710.
    [8] Bae S. ， Kim H. ， Lee Y. ， et al . Roll-to-roll production of 30-inch graphene films for transparent electrodes[J]. Nat. Nanotechnol. 2010， 5（8）： 574-578.
    [9] Sorger V. J. ， Amin R. ， Khurgin J. B. ， et al . Scaling vectors of attoJoule per bit modulators[J] J. Opt. 2018， 20（1）： 014012.
    [10] Tait A. N. ， Lima T. F. ， Zhou E. ， et al . Neuromorphic photonic networks using silicon photonic weight banks[J]. Sci. Rep. 2017，7： 7430.
    [11] Liu K. ， Sun S. ， Majumdar A. ， et al . Fundamental Scaling Laws in Nanophotonics[J]. Sci. Rep. 2016， 6： 37419.
    [12] Liu M. ， Yin X. ， Ulinavila E. ， et al . A graphene-based broadband optical modulator[J]. Nature， 2011， 474（7349）： 64-67.
    [13] Liu M. ， Yin X. ， Zhang X. . Double-layer graphene optical modulator[J]. Nano Lett. 2012， 12（3）： 1482-1485.
    [14] Koester S. J. ， Li M. . High-speed waveguide-coupled graphene-on-graphene optical modulators[J]. Appl. Phys. Lett. 2012， 100（17）： 611.
    [15] Kim K. ， Choi J. Y. ， Kim T. ， et al . A role for graphene in silicon-based semiconductor devices[J]. Nature， 2011， 479（7373）： 338-344.
    [16] Hu Y. T. ， Pantouvaki M. ， Brems S. ， et al . Broadband 10 Gb/s graphene electro-absorption modulator on silicon for chip-level optical interconnects[C]. IEEE International Electron Devices Meeting， San Francisco， 2014， 5.6.1-5.6.4
    [17] Dalir H ， Xia Y ， Wang Y ， et al . Athermal broadband graphene optical modulator with 35 GHz speed[J]. Acs Photonics， 2016， 3（9）： 1564-1568.
    [18] Lin H T ， Song Y ， Huang Y Z ， et al . Chalcogenide glass-on-graphene photonics[C]. CLEO： Science and Innovations， California， 2017， STh4I.5.
    [19] Liu H Q ， Liu P G ， Bian L A ， et al . Electro-optic modulator side-coupled with a photonic crystal nanobeam loaded graphene/Al2O3 multilayer stack[J]. Opt. Express， 2018， 8（4）： 761-774.
    [20] Hu X ， Wang J . Design of graphene-based polarizationinsensitive optical modulator[J]. Nanophotonics， 2018， 7（3）： 651-658.
    [21] Peng X L ， Hao R ， Ye Z ， et al . Highly efficient graphene-on-gap modulator by employing the hybrid plasmonic effect[J]. Opt. Lett. 2017， 42（9）： 1736-1739.
    [22] Wang B B ， Blaize S ， Seok J B ， et al . Plasmonic-based subwavelength graphene-on-hBN modulator on silicon photonics[J]. IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 2019， 25（3）： 4600706.
    [23] Peng X L ， Hao R ， Ye Z ， et al . Highly efficient graphene-on-gap modulator by employing the hybrid plasmonic effect[J]. Opt. Lett. 2017， 42（9）： 1736-1739.
    [24] Huang B ， Lu W ， Liu Z ， et al . Low-energy high-speed plasmonic enhanced modulator using graphene[J]. Opt. Express， 2018， 26（6）： 7358-7367.
    [25] Wang B B ， Blaize S ， Seok J B ， et al . Plasmonic-based subwavelength graphene-on-hBN modulator on silicon photonics[J]. IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron， 2019， 25（3）： 4600706.
    [26] Yao Y ， Kats M A ， Pt Geneve ， et al . Broad electrical tuning of graphene-loaded plasmonic antennas[J].Nano Lett.2014，13（3）： 1257-1264.
    [27] Kim J ， Son H ， Cho D J ， et al . Electrical control of optical plasmon resonance with graphene[J]. Nano Lett. 2012， 12（11）： 5598–5602.
    [28] Majumdar A ， Kim J ， Vuckovic J ， et al . Electrical control of silicon photonic crystal cavity by graphene[J]. Nano Lett. 2013，13（2）： 515-518.
    [29] Wang F ， Zhang Y B ， Tian C S ， et al . Gate-variable optical transitions in graphene[J]. Science， 2008， 320： 206-209.
    [30] Maiti R ， Haldar S ， Majumdar D ， et al . Hybrid opto-chemical doping in Ag nanoparticle-decorated monolayer graphene grown by chemical vapor deposition probed by Raman spectroscopy[J]. Nanotechnology， 2017， 28： 075707.
    [31] Lee J ， Novoselov K S ， Shin H S . Interaction between metal and graphene： dependence on the layer number of graphene[J]. ACS Nano. 2011， 5： 608-612.
    [32] Scher S ， Roulleau P ， Molito F ， et al . Quantum capacitance and density of states of graphene[J]. Appl. Phys. Lett. 2010， 96（15）：152104.
    [33] Xia F ， Perebeinos V ， Lin Y M ， et al . The origins and limits of metal-graphene junction resistance[J]. Nat. Nanotechnol， 2011， 6： 179-184.
    [34] Wu L ， Liu H X ， Li J B ， et al . A 130 GHz electro-optic ring modulator with double-layer graphene[J]. Crystals， 2017， 7： 65.
    [35] Zhang Z ， Wang J . Long-range hybrid wedge plasmonic waveguide [J]. Scientific Reports， 2014， 4： 6870.
    [36] Gui C ， Wang J . Wedge hybrid plasmonic THz waveguide with long propagation length and ultra-small deep-subwavelength mode area [J]. Scientific Reports， 2015， 5： 11457.
    [37] Zheng K ， Zheng X ， Dai Q ， et al . Hybrid rid-slot-rid plasmonic waveguide with deep-subwavelength mode confinement and long propagation length [J]. AIP Adv. 2016， 6（8）： 824-830.
    引证文献
    网友评论
    网友评论
    分享到微博
    发 布
引用本文

李佳斌,王晓华,王文杰.基于等离子体结构的太赫兹石墨烯电光调制器的机理分析[J].红外与毫米波学报,2021,40(2):143~149]. LI Jia-Bin, WANG-Xiao-Hua, WANG Wen-Jie. Mechanism analysis of terahertz graphene electro-optic modulator with plasma structure[J]. J. Infrared Millim. Waves,2021,40(2):143~149.]

复制
分享
文章指标
  • 点击次数:804
  • 下载次数: 2739
  • HTML阅读次数: 372
  • 引用次数: 0
历史
  • 收稿日期:2020-02-09
  • 最后修改日期:2021-04-02
  • 录用日期:2020-03-09
  • 在线发布日期: 2021-03-30
文章二维码
您是第12656335 位访问者
主管单位：中国科学院
主办单位：中国科学院上海技术物理研究所，中国光学学会
地址：上海市玉田路500号 电话：021-25051553
51La
红外与毫米波学报 ® 2025 版权所有