Modulating near-infrared signals is critical for high density optical interconnects. In order to achieve enhanced modulation effects, we design a near-infrared modulator in combination with a gold nanostripe waveguide and graphene. Conventional assumption of isotropic permittivities for graphene leads to exaggeration of light absorption at the so-called “epsilon-near-zero” point and extreme overestimation of modulation efficiency, and the anisotropic permittivities assumption faces problems for thickness definition and lower computational efficiency. Therefore, we treat graphene as a 2D conductive surface in the simulation to solve these problems, and investigate the plasmonic effects on modulation enhancement and the trade-off on the modulation efficiency versus the insertion loss. Our method is promising for the design of advanced optical devices based on 2D materials

چکیده

سیگنال های مدولاسیون نزدیک مادون قرمز برای ارتباطات نوری با تراکم بالا ضروری هستند. به منظور افزایش اثرات مدولاسیون، ما به طراحی یک مدولاتور نزدیک مادون قرمز به صورت ترکیبی با یک موج بر نانو نوار از جنس طلا و گرافین پرداخته ایم. فرضیات معمول مربوط به گذردهی ایزوتوپی برای گرافین که در این مقاله ارائه شده است، جذب نور را در نقطه‌ای موسوم به نقطه «اپسیلون نزدیک صفر» و تخمین حداکثری از راندمان مدولاسیون را نتیجه می دهد. فرضیات مربوط به گذردهی غیر ایزوتوپی با مشکلاتی نظیر مشخصه ضخامت و بازدهی محاسباتی کمتر مواجه است. بنابراین، ما گرافین را به عنوان یک سطح هدایت کننده 2D در شبیه سازی در نظر گرفته ایم تا مشکلات مذکور را حل کرده و اثرات پلاسمونیک را روی افزایش مدولاسیون و نیز مصالحه بین بازدهی مدولاسیون و تلفات جاگذاری را مورد بررسی قرار دهیم. روش پیشنهادی ما برای طراحی قطعات نوری پیشرفته بر اساس مواد 2D بسیار مناسب است.

1-پیش زمینه

 مدولاتور های الکترونوری در واقع قطعات فوتونیک با ارزشی برای ایجاد ارتباط بین سیگنال های الکتریکی و نوری هستند. در مقایسه با کریستال های الکترونوری متداول امروزی، گرافین برای مدولاتورهای الکترونوری با عملکرد بالا که دارای سرعت مدولاسیون فوق بالا، پهنای باند نوری فوق پهن، تراکمی با چگالی بالا، و قابلیت تطبیق با فناوری های نیمه هادی و ارزان قیمت هستند، قابل اطمینان تر است. با این وجود، اگرچه ضریب جذب نوری گرافین خیلی بیشتر از کریستال های الکترونوری امروزی است، برهمکنش گرافین و نور برای طول موج های مخابرات  نوری به شدت ضعیف است که دلیل آن ضخامت گرافین در مقیاس اتمی است که به کارگیری آن را در مدولاسیون الکترونوری را محدود می کند...