涂覆石墨烯的椭圆形电介质纳米线光波导的模式特性分析

摘要：

设计了一种涂覆石墨烯的椭圆形电介质纳米线光波导. 采用分离变量法, 在椭圆柱坐标系中, 借助Mathieu函数, 得到了色散方程. 通过数值求解色散方程, 可以得到模式的有效折射率和场分布, 从而得到模式的传播长度. 研究了工作波长、结构参数以及石墨烯的费米能对模式特性的影响, 并给出了前五个模式的品质因数. 计算表明, 当波长从4.3μm增加到8.8μm, 这5个模式的有效折射率的实部减小, 基模和一阶模的传播长度增大, 二阶模的传播长度先增大后减小. 当改变纳米线结构参数半长轴和半短轴时, 对基模和一阶模的模式特性影响较小, 对二阶模的模式特性影响较大. 当石墨烯的费米能从0.45 eV增加到0.72 eV时, 有效折射率的实部减小, 传播长度可以达到2μm左右. 分离变量法得到的结果与有限元方法得到的结果完全一致. 本文工作可以为基于涂覆石墨烯的电介质纳米线的光波导的设计、制作和应用提供理论基础.

关键词：石墨烯、纳米线、波导、分离变量法

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资助基金：国家自然科学基金61378039,61575115;国家自然科学基金国家基础科学人才培养基金J1103210资助的课题

在线出版日期：2019-04-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共11页

页码：239-249