基于近零介电常数材料的等离激元电光调制器：经典漂移-扩散与薛定谔-泊松耦合模型的比较
光学
2025-02-25 v1 其他凝聚态物理
摘要
我们展示了基于电压门控载流子密度在氧化铟锡（ITO）中设计、建模和优化高性能等离激元电光调制器，其中门控载流子密度分别使用经典漂移-扩散（CDD）模型和薛定谔-泊松耦合（SPC）模型进行建模。后者确保了对不同门电压下载流子分布的更详细和精确的描述，这在应用于氧化铟锡这样的近零介电常数（ENZ）介质时尤为重要。将表面等离激元极化激元提供的纳米尺度约束和场增强与 ITO 中的 ENZ 效应相结合，集成到硅波导中并针对 λ₀ = 1550 nm 优化的调制器设计，根据 SPC 模型预测，实现了 210 GHz 的 3-dB 带宽、3 dB 的插入损耗和 5 dB 的消光比，总长度小于 4 μm。我们的结果说明了高速调制器运行与低插入损耗之间的权衡，以及对消光比的需求，以及对 ENZ 材料中载流子分布进行精确建模的必要性。
引用
@article{arxiv.2412.05690,
title = {Plasmonic Electro-Optic Modulators based on Epsilon-Near-Zero Materials: Comparing the Classical Drift-Diffusion and Schr\"odinger-Poisson Coupling Models},
author = {Masoud Shabaninezhad and Hamid Mehrvar and Eric Bernier and Lora Ramunno and Pierre Berini},
journal= {arXiv preprint arXiv:2412.05690},
year = {2025}
}
备注
This manuscript has been submitted to Optics Express and is currently under review. Manuscript ID: 544216