基于石墨烯的共振可见光调制

在可见光和近红外 (vis-NIR) 频率下对光进行快速调制和开关对于光信号处理和传感技术至关重要。似乎没有基本限制能阻止我们设计波长尺度的器件，以在这些光谱范围内以吉赫兹（甚至太赫兹）速度控制光的相位和强度。然而，尽管近期在利用量子阱和相变材料方面取得了进展，这一问题仍未得到很大程度的解决。在此，我们探索了一种基于石墨烯非凡电光特性的替代方案。特别是，我们预测，通过与实际工程化的光学腔耦合的石墨烯片的电掺杂，可引起 vis-NIR 光透射和吸收的单位量级变化。石墨烯平面处的光强度得到增强，其吸收也随之增强，这可以通过改变掺杂水平利用 Pauli 阻塞进行开关和调制。具体而言，我们探索了在隧穿或 Fabry-Perot 共振透射条件下工作的介质平面腔，以及硅纳米球中的 Mie 模式和金属颗粒阵列中的晶格共振。我们的模拟显示，使用可行的材料参数，透射率的绝对变化超过 90%，消光比 >15 dB 且插入损耗较小，从而支持石墨烯在 vis-NIR 频率下的快速电光学应用。