Abstract

The plasmon induced transparency (PIT) effect is investigated in a graphene-based waveguide, which is composed of a graphene bus waveguide side-coupled with a graphene strip directly and a graphene ring indirectly. Conventional numerical simulations based on finite element method (FEM) are used to study the transmission properties through optimizing the relevant parameters, and it is proved that the simulation results agree well with the analytical results. Then as one of the potential application branches of the PIT-like effect, the property of refractive index sensing with a higher sensitivity of 4160 nm/RIU is further studied. The result can help to deepen the understanding of PIT-like effect and nano sensor, and it would be also beneficial for the studies and applications of nanoscale graphene-based optical devices.

نمونه ترجمه مقاله:دانلود ترجمه مقاله پلاسمون

1. مقدمه

در سال های اخیر، اثر تداخل کوانتومی یکی از موضوعات داغ در فیزیک بوده زیرا بسیاری از پدیده های فیزیکی مانند شفافیت ایجاد شده به صورت الکترومغناطیسی (EIT) و جذب الکترومغناطیسی (EIA) ، مربوط به اپتیک کوانتومی و فیزیک هسته ای میباشند. EIT از تداخل کوانتومی بین میدان های پالس و پمپ ایجاد میشود که در سیستم های اتمی با سه سطح، رخ میدهد. در مقایسه با EIT ، در سیستم های اتمی، دوگان پلاسمونی EIT یا شفافیت پلاسمونی(PIT) ، بخاطر کاربرد های زیادی که دارد، نظیر حسگرها، کلید های فعال پلاسمونیکی، تبدیل پلاریزاسیون و غیره، توجه زیادی را به خود جلب کرده است. با این حال، بیشتر این ساختارها که در بالا اشاره شد از مواد فلزی تشکیل شده اند و در کاربرد های واقعی اغلب نیاز است که پارامتر های هندسی آن برای کنترل PIT تغییر کند و این موضوع باعث محدود کردن استفاده از فلزات در این ساختار ها شده است. فلز ها همچنین دارای تلفات زیاد و همچنین مشکلاتی اعم از عدم توانایی در کنترل ضریب شکست هستند و بنابراین نمیتوان از آنها به عنوان عناصر فعال برای مدولاسیون استفاده کرد. برای غلبه بر این مشکلات، در سال های اخیر توجهات زیادی بر روی استفاده از گرافن [8-11] برای رسیدن به PIT قابل تنظیم شده است.

گرافن، که یک نوع ماده دوبعدی و دارای کریستال شش گوش از اتم های کربن میباشد، توجه بسیار زیادی را در سال های اخیر بخاطر خواص قابل توجه اپتیکی و الکترونیکی خود جلب کرده است[14-16] . نتایج جدید ترین تحقیقات نشان میدهد که عملکرد بهبود یافته کلید های با کنترل نوری میتواند در هیبرید مس اکسید شده و گرافن اکسید شده (Cu2O/rGO) بدست آید.[17] گزارش شده است که در [18] لومینسانس نوری قابل تنظیم AGInS-graphen oxide حل شونده در آب، دارای کابرد تصویر برداری در داخل بدن میباشد. در فرکانس های تراهرتز و مادون قرمز میانی ، گرافن میتواند به عنوان یک فلز پلاسمونیکی در نظر گرفته شود. برای تهییج پلاسمون ها در یک موجبر گرافنی، از گرافن با ساختار پریودیک[19]و یا  گریتینگ های دی الکتریک زیر طول موج [20] استفاده میشود. در مقایسه با فلز های عادی در رنج فرکانسی مادون قرمز و مرئی، گرافن دارای مزیت هایی از جمله تلفات کم، ظرفیت محدود شدگی مود زیاد و تنظیم پذیریی میباشد[10,11]  .محدود شدگی قوی پلاسمون ها در گرافن موجب ایجاد اندرکنش قوی بین  نور و ماده میگردد وبنابراین به طور بالقوه میتواند در ادوات اپتیکی به کار گرفته شود. به علاوه، علی رغم فلز های عادی، هدایت سطح گرافن میتواند به راحتی به وسیله دوپ کردن و یا اعمال ولتاژ تغییر کند[22-25] . با استناد بر این خواص منحصر به فرد، گرافن میتواند جایگزین بسیار مناسب تری برای فلزات در مورد کاربرد های در حوزه جذب کننده[26] ، حسگر[27] و PIT باشد[10,28-30].

در [31] جذب پلاسمونی در یک تک لایه گرافن با دو کاواک هوا که با گرافن نانونوار کوپل شده، مورد مطالعه قرار گرفته است. در [32] نویسنده نشان داده است که با قرار دادن تک لایه گرافن زیر گرافنی که به صورت سینوسی خم شده است میتوان به PIT دست یافت. در [33] ، PIT با چند مود در یک رزوناتور حلقوی گرافنی مورد مطالعه قرار گرفته است و در [34] یک موجبر چند کاواکه بر پایه گرافن به همراه گذردهی های PIT نشان داده شده  است. در[35]، نویسنده به طور تئوری و به وسیله تئوری مد کوپل شده (CMT) مشخصات PIT را نشان داده است که در آن از کوپلینگ های مستقیم و غیر مستقیم استفاده کرده است. اخیرا، Wang و همکاران ، رزونانس Fano و کاربرد های آن در زمینه حسگری را در یک ساختار بهبود یافته گریتینگ کوپل شده گرافنی را مورد مطالعه قرار داده اند[36].