研究
,数量:10 (11)DOI: 10.37532 / 2320 - 6756.2022.10 .309 (11)在热控制光传播在等离子波导和过滤器
收到日期:15 - 2022年10月,手稿。tspa - 22 - 77299;编辑分配:18 - 2022年10月——PreQC没有。tspa - 22 - 77299 (PQ);综述:25 - 2022年10月- QC。tspa - 22 - 77299 (Q);修改后:30 - 2022年10月,手稿。tspa - 22 - 77299 (R);发表:2 - 11 - 2022,DOI。10.37532 / 2320 - 6756.2022.10 .309 (11)
引用:刘董。在热控制光传播在等离子波导和Filter.2022; 10 (11): 309。
文摘
一个活跃的超小型电浆波导组成的亚波长狭缝和多孔二氧化钒(最大)其次是提出了一个金属层和数值分析。折射率变化最大的外部刺激提供了一种可行的方法优化波导的光学特性。不同最大对应的折射率改变最大的阶段到金属状态(“在”状态)。因此,整个结构成为一个典型的Metal-Insulator-Metal (MIM)入射光通过狭缝波导,路线。此外,在入射光“关闭”状态,从而在狭缝中传播和最大的媒介迅速减小。通过添加MIM波导与法布里-珀罗腔(FP),幽灵般宽阻带和通带滤波功能的通信频率政权。裁剪共振波长可以通过几何参数。这种活跃的电浆波导传播,高耦合,和紧凑的尺寸可以利用在未来完全集成所有的电浆芯片技术
关键字
等离子上;波导;过滤器;二氧化钒
介绍
等离子是一个潜在的设备技术来控制光在sub-diffraction政权提供足够高的物理特性和最小几何(1,2]。这自然光线挤压表面等离子体超越衍射极限的特点吸引了极大的兴趣在发展中光学芯片和高响应率和最小化低能源消费(3- - - - - -8]。各种波导等发达电浆设备,光电探测器,调节器,过滤器,和透镜数值和/或实验证明(5,13- - - - - -24]。光传播,介绍了不同类型的波导结构。的一个流行的波导结构是Metal-Insulator-Metal (MIM)结构兼容互补金属氧化物半导体的平台(1]。
然而,调制光传播在不同条件下由外部刺激实现电浆芯片是具有挑战性的。巨大的进步已经完成在实现有源电浆设备,特别是波导和过滤器(25- - - - - -27]。可调的表面等离子体极化声子(SPP)设备使用液晶电子光学材料、形状内存合金、光声材料、液态金属、压电材料、相变材料(PCM)已被广泛证实。PCM材料扮演着至关重要的角色,因为他们不同状态下各种刺激物,如热、压力、电压、光抽运和电流。
挥发性吸附,如二氧化钒(签证官2),交换机之间的两个可识别的绝缘体和金属相在皮秒范围内,有一个优越的特性在电信政权与非易失性个pcm都如GeSbTe相比,晶体和无定形状态之间切换(28- - - - - -30.]。签证官2急剧变化,其折射率时经历从绝缘体转变为金属相(31日]。当签证官的过渡2激动的刺激,增加温度超过68°C的相变温度(32]。考虑到签证官2层是电影没有进一步的实现,可以通过直接加热搅拌直接增加温度。在皮秒时间尺度的转变是可逆的。量化这种转变机制引入的基于佩尔斯不稳定加上一个等音的声子的贡献(32]。最大折射率的通信和红外政权是改编自实验结果33]。在绝缘子电信体制阶段,折射率大约是3 + 0.4我,我就2 + 3的金属相(33]。定性,签证官的有效介电函数2在中间温度介绍利用布莱格曼有效介质理论(34]。最近,一些热控制电浆结构基于签证官2提出了和实验证明31日]。
被动电浆过滤器已被广泛证明理论上和实验上实现停止或通过波长选择(35- - - - - -37]。有源滤波器是强制性的无缝集成电浆组件到一个紧凑的芯片。相当大的努力致力于实现可调电浆过滤器(19,38- - - - - -41]。最近,一位可调、高效但略显紧凑的石墨烯带阻滤波器组成的周期性结构基于双层石墨烯带的制作都演示了在中红外区域(38]。过滤器是在广泛应用下从1 V - 5 V电压不同。
在本文中,首先,我们研究了签证官2的波导(韦夫)功能在应用热达到断断续续。传输是衡量一个数值方法基于有限元法(FEM)。然后,我们添加了一个FP沿着MIM波导谐振器设计一个宽阻带滤波器和开/关传输特性决定的。最后,结构修改操作活跃的通频带的开/关状态。考虑到简单的配置和紧凑的尺寸,一波引导和过滤结构可以很容易地捏造和高度集成的芯片上与其他电浆设备。
结构描述和理论模型
所示图1,我们提出了电浆波导是由两个连续韦夫和MIM波导,和p-polarized光集中到Si-wire锥形波导的狭缝。薇芙和MIM波导的宽度相等,由W,和薇芙和MIM波导的长度是由h和L,分别。签证官的折射率数据2改编自Joushaghani等报告的实验工作。33]。对于电信政权,绝缘子VO的折射率2我大约是3 + 0.4,而n = 2 + 3我金属签证官吗2(33]。银的特征是柯克的介电常数模型:
在ε∞,ωpΓ代表高频介电常数,大部分等离子体频率,和电子碰撞频率,分别设置为4.2,1.346×10吗16rad / s,和9.617×1013rad / s (42]。绝缘体层是核心;因此,狭义的核心有更强的约束。当签证官2是在金属阶段,核小于入射波长,只有一个传播模式识别,其传播常数(β)可以由解决色散关系(43,44]:
Vmk和dk被定义为在哪里
是自由空间波矢,εV的介电常数是签证官吗2在金属相。光的经历更大的折射率光波导内因为挤压和其他观察到的现象,称为有效折射率。提出设计的制作过程简单;首先,银层沉积在衬底的溅射技术,然后签证官2电影是在利用光刻或沉积技术。最后,缝隙是利用离子束铣穿孔。本研究是由使用有限元方法(FEM)提出设备的射频(RF)模块COMSOL软件多重物理量。
图1:该结构的示意图。(b) W h, L代表波导宽度,分别韦夫波导长度和MIM波导长度。P-polarized事件从硅纳米线光波导耦合锥度。
仿真结果和分析
在仿真中,波导的基本TM模式由脉冲激动偶极子源从左边的锥度和耦合到波导的最大的媒介。P和Q的入口和出口端口设置为波导检测销的传播力量和Ptr和计算两个权力监控的传输。传播的定义是T = Ptr/ P在。吸收参数,这是一个耗散功率的测量装置,可以简单地推导出一个= 1-R-T, R是反射。结构的几何参数将W = 150海里,h = 600海里,和L = 1100海里。当结构处于关闭状态(没有加热应用),光传输波导可以忽略不计。对绝缘子签证官2附近,韦夫波导介质波导,因为媒体折光指数的光不能限制和传播。当热应用于结构,签证官2经历一个过渡,成为金属和正常光传播。图2 (a)描述了绝缘体和金属的传播阶段。是看到的波长范围宽,金属中的传输状态是相当高,而在绝缘子状态,传输下降明显。图2 b和2摄氏度代表了磁场分布在两个金属(上)和绝缘子(关上)。在金属状态,正常光线传播,而在绝缘子状态,不仅仅光在波导,它传播在整个签证官2媒介。
图2:(a)传输概要在最大金属(上)和绝缘子()阶段。当签证官(b)磁场分布2在金属相。当签证官(c)磁场分布2在绝缘子的阶段。
薇芙和MIM层的长度会影响传输特性。薇芙的时间越长,发生更多的损耗和降低传输。无花果。3和3 b显示传输概要和薇芙和MIM长度不同。长韦夫减少金属和绝缘体阶段的传播。根据我们的要求,应该进行适当的妥协。相比之下,传播不受影响明显的MIM长度。然而,MIM波导长度大于SPP传播,因为金属会减少传输固有的损失。图3 (c)显示了传输概要和波导宽度。波导越窄,越少权力传播;因此,减少发生传播。
图3:光谱依赖传播的各种签证官2波导的长度,(b)金属波导长度和(c)波导宽度。可以看出,MIM长度不会影响传播。
在光学芯片在特定波长的光传输被阻塞。不同的配置已被建议作为被动阻带结构。最受欢迎的结构设计采用FP蛀牙。如果FP腔位于附近的波导,那么它可以限制波导中的传播光的一部分。这光约束仅仅发生在一些特定波长对应于腔的共振波长。可以确定谐振波长的谐振条件可以通过以下方程[决定45]:
其中d是FP腔长度;内夫的有效折射率腔,和∆Ф光束的相移,经验反思两个方面的腔。的正整数米代表了驻波腹点的数量。λ米直接可以使用方程计算3。我们嵌入式的FP腔波导结构来获得一个活跃的阻带滤波器(图4)。d和t代表空腔长度和宽度,分别设置为580 nm和150 nm,分别,而固定在10 nm的差距。图4 b描述了传输概要;当加热时,签证官2成为金属。两个共振腔的共振波长对应不同的情节。对于这些共振,传播急剧下降。蓝线显示了传动加热时,签证官2在绝缘子的阶段。磁场共振波长分布的金属和绝缘体阶段签证官2介绍了图4摄氏度和4 d。大部分光腔内被困和驻波。
图4:(a)的二维示意图提出停止带通滤波器。t和d代表空腔长度和宽度。被认为是10 nm的差距,确保明显的耦合。当签证官(b)传输概要2在金属和绝缘体的阶段。当签证官(c)磁场分布2在绝缘子模式(d)签证官时磁场分布2在金属模式。
值得注意的是,共振波长直接依赖于腔长度(d)和有效折射率间接取决于腔宽度(t)。因此,波长调谐可以执行通过裁剪腔的几何参数。腔和波导之间的差距是一个关键参数,会影响传播强度。图5显示了传输概要和空腔长度,而图5 b显示了传播与腔的宽度。它可以清楚地看到,有一个红移的透射谱腔长度和宽度的增加。此外,增加空腔的长度和宽度,传播强度也在不断增加。对于任何想要的共振波长,适当的几何参数可以调整。SPP的穿透深度银估计不到30 nm;因此,相当多的耦合的差距应小于穿透深度。图5度显示了传播的厚度依赖的差距。缩小差距,空腔可以使光。更广泛的差距,光约束越少。
图5:(a)光谱依赖传播的各种(a) FP腔长度、FP腔宽度(b)和(c)腔和波导之间的差距。
在下一步中,我们修改结构设计通带滤波器。我们利用FP腔波导中允许在特定波长光传播。所示结构图6。FP腔波导内嵌有两个狭窄的分离缺口。共振条件和传播机制类似于阻带滤波器,可以用方程3。在传输概要描述图6 b,两个峰对应的共振波长腔可以看到。当签证官黑线显示传输2在金属相,而蓝线显示传输在绝缘子阶段。红线显示了传输当没有腔。一般来说,蛀牙的存在会导致光传播和降低了传播。图6 c显示了共振波长的磁场分布和腔内的驻波。
图6:(a)的二维示意图提出了通带滤波器。被认为是10 nm的差距,确保明显couplin g。(b)签证官时传输概要2在金属和绝缘体的阶段。当签证官(c)磁场分布2在金属模式。
上述结构基于几何参数不同的共振。另一个配置还显示了阻带行为(图7)。这种结构的特性,取决于输入-输出位置,只能允许一个共振耦合到输出端口(图7 b)和场分布(图7 c)。范研究传播行为的任意输入位置和叠加磁场内腔和确定输入位置可以看到单共振(45,46]。当输入的中心腔,只有第一共振将(B点)。位置,输入端口是结束双方的腔,都将发生共振(A和C)。然而,如果输入从中心d / 4,第二个共振会传播。此外,通过将两个输出在不同的位置,在特定波长传播通过特定的输出会发生。
图7:(a)的二维示意图提出了通带滤波器。被认为是10 nm的差距,确保明显的耦合。当签证官(b)传输概要2在金属和绝缘体的阶段。当签证官(c)磁场分布2在金属模式。
尽管他们两个以上配置较低的传播呈现出缩小传输概要。修改输出端口增加传输两个腔的位置(图8)。并行端口和腔,位于输入口的底部轴的方式是根据腔的中心。此外,输出端口上高于腔的中心。这种差异在图中位置是由∆L和设置为250海里。输入的宽度、腔和输出端口由W1W2,和W3,分别。一般来说,女1和W3等于修改后的空腔的宽度。描述了传输概要图8 b。传输(黑线)输出宽度,当W2等于输入,略有增加;然而,这个概要文件是扩大和红移。绿色和C行显示传输当W2设置为100和50 nm。根据腔的共振条件,任何腔宽度的变化将导致不同的有效折射率和相应不同的共振波长。此外,狭窄的腔耦合。图8 c显示了共振波长的磁场分布。驻波腔内可以看到。
图8:(a)的二维示意图提出了通带滤波器。被认为是10 nm的差距,确保明显的耦合。当签证官(b)传输概要2在金属和绝缘体的阶段。当签证官(c)磁场分布2在金属模式。
根据我们的实验障碍,可以考虑适当的安排,和理想的共振波长可调谐。
结论
总之,一个活跃的亚波长电浆波导,阻带和通带滤波器提出了利用PCM和Fabry佩罗腔理论和数值研究。创建了国家通过引入热系统显示,两个截然不同的特性,当签证官2在金属或绝缘子状态。几何参数的作用是确定波指导功能。此外,这两个过滤器的过滤特性进行了研究,基于输入的位置和不同的安排,输出,并给出了腔。鉴于这种简单的配置,结构被集成到高潜力和可行性纳米级电浆芯片和电路。
声明
资金
作者没有收到任何提交的组织工作的支持。
的利益冲突
作者没有利益冲突的声明,本文的相关内容。
可用性的数据和材料
在这项研究中提出的数据都可以在请求从相应的作者。
代码的可用性
在这项研究中使用的代码可以在请求从相应的作者。
作者的贡献
相应的作者是负责确保所有作者同意的描述是准确的和。
伦理批准
不适用。
同意参加
不适用。
同意出版
不适用。
引用
- 麦尔SA。等离子:基本面和应用程序。纽约:施普林格;2007年。
(谷歌学术搜索]
- Zayats AV,麦尔年代,编辑。积极的等离子和可协调的电浆超材料。约翰威利& Sons;2013年
(谷歌学术搜索]
- Afshari-Bavil M,李董M, C,等。热可控高效单向耦合双缝干涉结构充满了相变材料。IEEE光子学j . 2019; 11 (2): 1 - 8。
- Bavil妈,邓问,周Z。非凡的传播通过gain-assisted硅nanohole数组在电信制度。选择列托人。2014;39 (15):4506 - 9。
- 程王X, Z,徐K, et al。High-responsivity石墨烯/ silicon-heterostructure波导光电探测器。自然光子学。2013;(11):888 - 91。
(谷歌学术搜索]
- Bermúdez-UreñE, Tutuncuoglu G, Cuerda J, et al。电浆waveguide-integrated纳米线激光。Nano。2017年,17 (2):747 - 54。
(谷歌学术搜索]
- Joushaghani,宋J - S, et al。Wavelength-size混合Si-VO 2波导electroabsorption光学开关和光电探测器。Opt.表达。2015;23 (3):3657 - 68。
- 米勒KJ, Hallman KA、Haglund射频等。硅波导光开关与嵌入的相变材料。光学表达。2017;25 (22):26527 - 36。
- h·a·l·Iang r . i s Oref j . m . Ianwei, et al,使用三个Four-Waveguide定向耦合器,“达成。选择,2015;54 (19)。
- Cai W,胫骨W,风扇年代,et al。元素电浆nanocircuits三维槽波导。放置板牙。2010;22 (45):5120 - 4。
- 小野M, Taniyama H, Kuramochi E, et al。对电浆波导光学设备的应用。NTT技术。启2018;16(7):战绩。
(谷歌学术搜索]
- Mirahmadi M, Mahinroosta T,哈米迪SM。电浆中的操纵plasmon-exciton交互波导结构基于色散关系的概念。选择,量子电子。2020;52 (6):1 - 9。
(谷歌学术搜索]
- 杨F, Cong H于K, et al。超薄宽带germanium-graphene混合与高性能光电探测器。ACS达成。板牙。接口。2017;9 (15):13422 - 9。
(谷歌学术搜索]
- 戴X, Tchernycheva M,社会发生C。复合半导体纳米线光电探测器。InSemiconductors Semimet。2016(卷。94年,页75 - 107)。爱思唯尔。
- 太阳,Shieh W, Unnithan RR。电浆调节器的设计与二氧化钒在绝缘体上。IEEE光子学j . 2017; 9 (3): 1 - 0。
- 周G,戴P,吴J,等。宽带、高调制深度太赫兹调制器低偏差控制签证官2-integrated metasurface。Opt.表达。2017;25 (15):17322 - 8。
- 托马斯·R,形象的Z, Kelsall RW光碟。电光metal-insulator-semiconductor-insulator-metal马赫曾德耳电浆调制器。光子学Nanostructures-Fundam。达成。2012;10 (1):183 - 9。
- j·k·克拉克,y l . Ho h .松井等,“光泵混合使用VO2Metal-Insulator相变Plasmonic-Photonic波导调制器,“IEEE光子学J。,20.18;10(1).
- Trimby L, Baldycheva,赖特CD。相变带通滤波器对多光谱成像。InPhotonic声子道具。Eng。纳米结构八世2018(卷。10541年,页148 - 155)。学报。
- 黄Bavil马,太阳X, F。分类传输共振的亚波长孔径内打破对称的金属薄膜。理论物理。B:提供者。事。2012;407 (14):2768 - 72。
- Foroughifar, Saghaei H, Veisi E。设计和分析的一个小说四通道滤光器使用环形谐振器和线缺陷光子晶体微观结构。选择。量子电子。2021;53 (2):1 - 2。
(谷歌学术搜索]
- 美国手语AB, Rostami,阿米里。太赫兹使用多层超材料带通滤波器的设计。选择。量子电子。2020;52 (3):1 - 3。
(谷歌学术搜索]
- Ashari-Bavil M,李董M, C,冯年代,et al。紧凑的电浆镜头根据逐渐减少的大小和分离nanohole集群。光学杂志。2019;21 (8):085001。
(谷歌学术搜索]
- 元GH、罗杰斯等Zheludev倪。消色差super-oscillatory sub-wavelength聚焦镜头。光:科学。达成。2017;6 (9):e17036 -。
(谷歌学术搜索]
- 胡卢C, X,杨H,等。芯片集成ultrawide-band全光逻辑在电浆比较器电路。科学。众议员2014;4 (1):1 - 8。
(谷歌学术搜索]
- Emboras A、C Hoessbacher Haffner C, et al。电电浆控制开关和调节器。IEEE j .选取。上面。量子电子。2014;21 (4):276 - 83。
- 朱丁Y,关X, X,等。高效低损耗graphene-plasmonic槽波导电光调制。纳米级。2017;9 (40):15576 - 81。
(谷歌学术搜索]
- Saleem M,卡里莫夫KS, Mahroof-Tahir M,等。薄膜的光传输钒化合物。j . Semicond。2014; 35 (7): 072002。
- Saleem M,卡里莫夫KS, Mahroof-Tahir M,等。温度传感器基于钒复合膜的复杂(最大(3-fl)),问。j . Semicond。2015; 36 (7): 073004。
- 李江,刘B,歌Z,姚D, et al。反应离子刻蚀Si2Sb2Te5 CF4 /氩等离子体的非易失性相变内存设备。j . Semicond。2013; 34 (5): 056001。
- koc H, Butun年代,Banar B, et al。热优化基于混合gold-VO2红外共振吸收的纳米结构。达成。理论物理。列托人,2015;106 (16):161104。
- 布代伊JD,香港J,引发我,等。金属化的二氧化钒由大型声子熵驱动的。大自然。2014;515 (7528):535 - 9。
(谷歌学术搜索]
- Joushaghani A乔Joushaghani论文提交符合要求的程度的哲学博士学位研究生电子和计算机工程系c版权2014年乔Joushaghani文摘(博士论文,论文)。
(谷歌学术搜索]
- 菲舍尔Jepsen PU、BM,托曼说,现在等。在V O 2薄膜金属绝缘体相变与太赫兹光谱观测。理论物理。启b . 2006; 74 (20): 205103。
(谷歌学术搜索]
- Bavil马,高L,太阳X。紧凑nanoplasmonics过滤和交叉结构的基础上利用槽腔和一个法布里-珀罗谐振器。等离子。2013;8 (2):631 - 6。
(谷歌学术搜索]
- 胡Yun B, G,崔Y。基于法布里-珀罗谐振器nanometric电浆波导滤波器。Opt. commun。2011年,284 (1):485 - 9。
- 麦克马纳蒙PF、杜斯纳TA诺夫DL, et al。光学相控阵技术。IEEE学报》上。1996,84 (2):268 - 98。
- 王X,孟H,刘年代,et al。可调石墨烯中红外电浆多光谱和狭窄的带阻滤波器。板牙。表达》。2018;5 (4):045804。
- 李W, Chang SJ, XH王,等。一个热可调谐太赫兹带通滤波器与insulator-metal就是VO2薄膜的相变。Optoelectron。列托人。2014;10 (3):180 - 3。
(谷歌学术搜索]
- 朱Y, Vegesna年代,赵Y, et al。可调双频太赫兹超材料带通滤波器。Opt.列托人。2013;38 (14):2382 - 4。
- Ooi认为KJ,白P,楚HS, et al。Ultracompact二氧化钒双模电浆波导electroabsorption调制器。纳米光子学。2013;2 (1):13-9。
(谷歌学术搜索]
- 舒福德KL,拉特纳妈,灰色SK,等。有限差分时域研究光的传播通过nanohole结构。达成。理论物理。b . 2006; 84 (1): 11 - 8。
(谷歌学术搜索]
- 迪翁是的,Sweatlock洛杉矶,阿特沃特哈,等。等离子体振子槽波导:向芯片级传播subwavelength-scale本地化。理论物理。启b . 2006; 73 (3): 035407。
(谷歌学术搜索]
- 王,王的全科医生。金属表面等离子体布拉格反射镜和nanocavities平。达成。理论物理。列托人。,20.05;87(1):013107.
- 胡锦涛F,易建联H,周Z。带通电浆槽过滤带的选择和幽灵似地分裂能力。Opt.表达。2011;19 (6):4848 - 55。
- 尼基丁SY、Lugovtsov AE Priezzhev AV, et al。的衍射图样的可见性和色散关系ektacytometer粒子大小。量子电子。2011;41 (9):843。
