Ultra-compact Si/In$_2$O$_3$ hybrid plasmonic waveguide modulator with a high bandwidth beyond 40 GHz
要求光调制器具有高调制带宽和紧凑的覆盖区。在本文中，我们实验证明了一种新的Si/In $_2$ O $_3$混合等离子体波导调制器，它是由硅光子波导和Si/In $_2$ O $_3$混合等离子体波导组成的非对称定向耦合器（ADC）实现的。光信号由施加在MOS电容器顶部的Au电极上的射频（RF）信号调制，该Au电极与In $_2$ O $_3$薄膜接触。首次将无硅掺杂金属氧化物In $_2$ O $_3$电容集成在3.5- $μ$ m长的非对称定向耦合器（ADC）中，实现了>40 GHz的创纪录调制带宽。
2022-01-17 physics.app-ph physics.optics
Design of on-chip plasmonic modulator with vanadium-dioxide in hybrid orthogonal junctions on Silicon-on-Insulator
我们提出了一种基于混合正交银结的等离子体激元调制器，使用二氧化钒作为绝缘体上硅上的调制材料。该调制器具有1.8μm x 1μm的超紧凑尺寸，具有基于正交几何结构的100 nm x 100 nm调制部分。我们利用二氧化钒在相变过程中折射率发生较大变化的特点，实现了46.89dB/μm的高调制深度。我们还提供了一个制造策略，为该器件的发展。该器件的几何结构在下一代光通信高频光子调制器的开发中具有潜在的应用，该光通信高频光子调制器需要纳米尺度的足迹、大的调制深度和小的插入损耗。
2020-12-03 physics.app-ph physics.optics
Ultracompact Field Effect Electro-Absorption Plasmonic Modulator
阻碍集成光子电路广泛应用的技术障碍之一是缺乏超紧凑、高速、宽带电光（EO）调制器，其将电子信号上变频为高比特率的光子数据。除了激光的直接调制之外，EO调制器可以分为（i）基于EO效应或自由载流子注入的相位调制，或（ii）基于Franz-Keldysh效应或量子限制Stark效应的吸收调制。由于常规材料的差的EO特性，常规EO调制器具有非常大的占地面积。基于高Q谐振器，最近的努力已经将电光调制器推进到微尺度足迹，这几乎达到了材料限制的物理极限。片上光学互连需要纳米级的超快电光调制器。基于常规方法和众所周知的材料，可能无法很好地克服技术障碍。在此，我们报告了一种EO调制器，更具体地说是电吸收（EA）调制器，该调制器基于将新型但廉价的活性材料氧化铟锡（ITO）集成在金属-绝缘体-金属（MIM）等离子体波导平台中，其中场效应通过高k绝缘体和双电容器门控方案大大增强。调制器波导长度仅为800 nm，这是根据我们的知识记录的最小尺寸。初步结果表明，它在10 MHz时的消光比为1.75（2.43 dB），工作频率高达500 MHz（目前受测试设置的限制），并且可以高速工作。
2015-10-22 physics.optics
Chipscale plasmonic modulators and switches based on metal-insulator-metal waveguides with Ge2Sb2Te5
我们将相变材料Ge_2Sb_2Te_5（GST）引入到金属-绝缘体-金属（MIM）波导系统中，以实现通信波段的芯片级等离子体调制器和开关。利用非晶GST和晶体GST光学特性的差异，这三种结构可以作为可重构的非易失性调制器和开关，具有良好的调制深度（14 dB）和纳秒级的快速响应时间，同时具有封装面积小、结构简单、易于制造等优点。该工作为MIM波导系统中有源器件的设计提供了新的解决方案，并可在更紧凑的信息处理和存储全光电路中找到潜在的应用。
2019-06-18 physics.app-ph physics.optics
Plasmonic nanoantennas as integrated coherent perfect absorbers on SOI waveguides for modulators and all-optical switches
研究了SOI线波导顶部等离子体纳米天线结构作为调制器和全光开关的相干完美吸收体的性能。通过三维时域有限差分法模拟计算了金和铝纳米天线加载波导的吸收、散射、反射和透射光谱，包括沿波导传播的单波以及由两个反向传播波组成的驻波情况。研究的配置显示，调制器和开关应用的损耗约为1%，消光比大于25 dB，以及纳米天线区域的强场增强和定位等离子体效应。所提出的等离子体相干完美吸收体可用于相干网络中的超紧凑全光开关以及调制器，并且可在传感或增加非线性效应中找到应用。
2013-09-10 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph physics.optics
Plasmonic modulator optimized by patterning of active layer and tuning permittivity
研究了一种可应用于光子集成电路的超小型等离子体激元调制器。该调制器是一个金属-绝缘体-金属波导，具有额外的超薄氧化铟锡（ITO）层。偏压通过用作电极的金属板施加到多层芯。外场改变了超薄ITO层中的载流子密度，从而影响其介电常数。金属-绝缘体-金属系统具有等离子体激元共振，并且其受到有源层的介电常数的变化的强烈影响。为了提高性能的结构，我们提出了几个优化。我们研究了ITO介电常数对调制器性能的影响，并指出了合适的值。我们分析了波导结构的本征模，并指定其有效操作的范围。我们发现，用一维周期性条纹代替连续有源层可以提高器件的透射率，并使调制器的性能保持在相同的水平。分析了图案尺寸和有源材料填充因子对光栅结构的影响，并找到了最佳参数。图案化ITO层使我们能够在波导中设计布拉格光栅。光栅可以打开和关闭，从而调制来自结构的反射。所考虑的结构与电气控制具有高性能，并可以有效地工作作为纳米光子架构中的等离子体元件。
2012-07-20 physics.optics
Plasmonic modulator based on gain-assisted metal-semiconductor-metal waveguide
我们研究等离子体激元调制器与增益材料实现超紧凑和超快的有源纳米器件在光子集成电路。我们分析了金属-半导体-金属（MSM）波导与InGaAsP为基础的活性材料层作为超紧凑的等离子体激元调制器。通过改变芯的增益来实现调制，这导致通过波导的不同透射率。MSM波导能够实现高场定位并因此实现高调制速度。体半导体、量子阱和量子点以水平或垂直的方式排列，被认为是MSM波导的核心。研究了波导芯尺寸和各种活性材料的增益值的依赖关系。设计还考虑了实际方面，如n和p掺杂层和势垒，以获得接近现实的结果。数值计算了MSM波导中的有效传输常数。它们在切换过程中的变化被认为是一个品质因数。我们表明，MSM波导与电流控制的增益结合紧凑性和深度调制，以及一个合理的水平的透射率。
2012-05-14 physics.optics
Bismuth ferrite as low-loss switchable material for plasmonic waveguide modulator
我们提出了新的等离子体激元调制器的设计，可用于光子集成电路中的动态信号切换。研究了以铁酸铋为有源材料的等离子体激元波导调制器的性能。铋铁氧体芯夹在金属板（金属-绝缘体-金属配置）之间，金属板也用作电极，使得芯在施加电压下通过铋铁氧体中的铁电畴的部分面内到面外重新取向来改变其折射率。这种域切换导致传播常数和吸收系数的改变，因此可以实现相位或幅度控制。由于金属层之间的高场限制以及针对芯厚度的特定值的模式截止的存在，实现了有效的调制性能，使得可以以优异的调制深度控制信号。对于相位控制方案，π相移由0.8 μm长度的器件提供，传播损耗为0.29 dB/μm。对于幅度控制，我们预测消光比可达38 dB/μm，传输损耗为1.2 dB/μm。与先前提出的活性材料相比，铁酸铋具有几乎为零的材料损耗，因此基于铁酸铋的调制器不会带来传播信号的额外衰减。
2014-07-14 physics.optics
500 GHz plasmonic Mach-Zehnder modulator enabling sub-THz microwave photonics
宽带电光强度调制器对于将电信号转换到光域是必不可少的。对太赫兹无线应用的日益增长的兴趣要求调制器同时具有亚太赫兹范围的频率响应、高功率处理和非常低的非线性失真。然而，具有所有这些特性的调制器迄今尚未得到证实。在这里，我们通过实验证明，等离子体调制器不会权衡任何性能参数，同时具有10微米的短长度，超过500 GHz的创纪录高平坦频率响应，高功率处理和高线性度，并且我们使用它们来创建亚太赫兹无线电光纤模拟光链路。这些器件有可能成为微波光子学一般领域的新工具，使sub-THz范围可用于5G无线通信，天线遥控，物联网，传感等。
2018-12-31 physics.app-ph physics.optics
Low-Power consumption Franz-Keldysh effect plasmonic modulator
本文报道了一种基于硅基锗Franz-Keldysh效应的低能耗CMOS兼容等离子体激元调制器。我们进行了集成的电光模拟，以优化调制器的主要特性。在工作波长为1647 $nm$、偏置电压为3 $V$的情况下，30 $μm$长的调制器的消光比为3.3 $dB$.估计能耗低至20 $fJ/bit$。
2022-07-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
On-chip visible light communication-band metasurface modulators with niobium plasmonic nano-antenna arrays
我们介绍了基于铌（Nb）金属等离子体纳米天线阵列的芯片集成可见光通信波段调制器。我们的等离子体纳米器件对入射可见光的偏振和它们的亚波长纳米级构建块的几何参数提供了很强的灵敏度。此外，它们在室温下在谐振波长λ = 716 nm处提供调制深度MD = 60%的光学调制特性。通过设计Nb纳米器件阵列的光响应，我们观察到在谐振波长λ= 650 nm处的最大消光A（λ）= 1- R（λ）= 95%。我们的研究结果表明，集成的Nb纳米天线阵列器件可以被认为是合适的平台，用于实现芯片级光电子器件接口低温量子线路，和基于光纤的通信系统，应用在量子计算，量子通信和量子处理。
2021-07-21 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Design of a hybrid plasmonic electro-optical modulator based on n doped silicon and barium titanate
提出了一种混合等离子体激元调制器的数值解，该调制器具有六层结构，包括空气覆盖层、金层、钛酸钡层、n型硅层、金层和Al 2 O3纳米晶格衬底。关于建议的结构，在不同的厚度的相位和吸收调制的相关参数进行了研究。在这里，普克尔斯效应和自由载流子色散效应被同时考虑。该结构的色散方程的解析获得和数值求解的Nelder-Mead方法。最小π位移长度为6.91μm，最大品质因数为10.74。此外，根据我们的结果，可以理解，这种调制器具有很高的能力，可用于光通信系统。此外，它可以集成到微电子系统中，并且与CMOS工艺兼容。
2018-04-06 physics.app-ph physics.optics
Plasmonic-cavity Modulator for the Mid-IR with a Semi-transparent and Nonlinear Heavily-doped Semiconductor Mirror
Istituto Italiano di Tecnologia（意大利理工学院）；Istituto di Fotonica e Nanotecnologie, Consiglio Nazionale delle Ricerche（国家研究委员会光子和纳米技术研究所）；University of Luxembourg（卢森堡大学）；Institute for Advanced Studies, University of Luxembourg Campus Belval（卢森堡大学贝尔瓦尔校区高等研究院）；Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (C2N), CNRS UMR 9001, Universit´e Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学CNRS 9001联合实验室纳米科学与纳米技术中心）
提出基于单层重掺杂半导体的自由空间等离激元调制器，通过场效应栅极结构电控线性透射/反射及三倍频效率，实现中红外波段快速调制。
2026-07-01 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Ultracompact Nano-Mechanical Plasmonic Phase Modulators
电介质的折射率限制了光子学的小型化。通过将光耦合到金属的自由电子，等离子体激元器件实现更深的定位，这与器件的几何尺寸成比例。然而，当局部化接近趋肤深度时，能量从电介质转移到金属中，从而阻碍主动调制。在这里，我们提出了一个纳米机电相位调制原理，利用非常强大的依赖性的相速度的金属-绝缘体-金属（MIM）间隙等离子体的动态可变的间隙尺寸。我们制作了一个23 μm长的非谐振调制器，在780 nm处有1.5 π rad的范围和1.7dB的额外损耗。分析表明，可以实现超紧凑的1 μm $^{2}$覆盖区π rad相位调制器，比先前示出的任何小一个数量级以上。值得注意的是，这种尺寸减小是在不引起额外损失的情况下实现的，因为纳米束-等离子体激元耦合强度以与损失类似的速率增加。这样的小的、高密度的电可控部件可以在光开关结构和可重新配置的平坦等离子体光学器件中找到应用。
2014-10-01 cond-mat.mes-hall physics.ins-det physics.optics
Plasmonic Optical Modulator based on Adiabatic Coupled Waveguides
在原子多能级系统中，绝热消除是一种通过使不相关的和强耦合的能级彼此失谐来消除它们以使系统的复杂性最小化的方法。例如，这样的三电平系统可以以三波导系统的形式被映射到物理上。如这里所提出的，主动地失谐各个波导模式之间的耦合强度允许调制传播通过器件的光。外波导充当类似于三能级原子系统的基态和激发态的有效双光子模式系统，而中心波导是部分等离子体激元。在绝热消除机制中，中间波导的振幅与外部波导相比振荡得快得多，导致场建立消失。结果，中间波导变成暗状态，并且因此尽管在这里呈现的设计中涉及等离子体激元波导，但是当实现高达70分贝的调制深度时，预期保持8分贝的低插入损耗。调制机制依赖于经由静电调谐自由载流子浓度并因此调谐驻留在等离子体中心波导中的薄ITO层的光学指数来将该波导系统从临界耦合状态切换到绝热消除状态。这改变了有效耦合长度和相位失配条件，从而改变了每个外波导中的调制。我们的研究结果表明，调制器的能量效率低至40阿焦耳每比特和消光比为50分贝。考虑到调制器的极小尺寸，所产生的集总元件有限RC延迟预计将超过200千兆赫兹。这种类型的调制器为下一代能源和速度良心光学短距离互连铺平了道路。
2017-10-04 physics.optics
Nanoscale Plasmonic and Optical Modulators Based on Transparent Conducting Oxides
最近的实验表明，在金属氧化物半导体（MOS）结构中，可以通过积累电荷来实现透明导电氧化物（TCO）中的单位阶折射率变化。然而，TCO的厚度（~ 5 nm）积累层和固有吸收阻碍了这种效应的实际应用。在此，我们提出并探索了一种新的波导，即“TCO槽波导”，它结合了TCO的可调谐特性和槽波导的场增强。特别地，当槽的介电常数被调谐为接近零时，光吸收可以急剧增强。基于TCO缝隙波导，可以在200 nm内实现有效的电吸收调制，插入损耗小。
2012-05-02 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Heterogeneously Integrated ITO Plasmonic Mach-Zehnder Interferometric Modulator on SOI
密集集成的有源光子学是下一代片上网络解决占地面积和能源预算问题的关键。然而，在传统的有源硅光电子学中，弱的光-物质相互作用要求相当大的器件长度。理想的活性材料选择应该有利于高折射率调制，同时易于集成到硅光子平台中。氧化铟锡（ITO）提供了这样的功能，并且最近显示出有希望的调制能力。有趣的是，ITO的纳米薄单位强折射率调制协同地将混合等离子体中的高基团折射率与纳米级光学模式相结合。按照这种设计模式，在这里，我们展示了一个光谱宽带，GHz的快速马赫-曾德尔干涉调制器，表现出高效率的95 Vum的极小VpL表示，部署一个一微米的紧凑型静电可调谐等离子体移相器，基于异质集成到硅光子学的ITO薄膜。此外，我们表明，这种设备的范例，使整个电信近红外C波段的光谱宽带操作。这种单片集成到硅平台中的亚波长短高效快速调制器为高密度光子电路开辟了新的可能性，这对于光子神经网络的高互连密度或例如GHz快速光学相控阵中的应用至关重要。
2020-12-23 physics.app-ph physics.optics
Graphene Metamaterials Based Plasmon-Induced Terahertz Modulator for High-Performance Multiband Filtering and Slow Light Applications
本研究提出基于多层石墨烯的可调谐太赫兹等离子体调制器，通过FDTD模拟验证其具备高群延迟、大消光比等优势，在慢光、多频滤波等领域有应用潜力。
2023-09-04 physics.optics quant-ph
Nanoscale Field Effect Optical Modulators Based on Depletion of Epsilon-Near-Zero Films
金属氧化物半导体（MOS）电容器中的场效应在场效应晶体管（FET）中起着关键作用，场效应晶体管是现代数字集成电路的基本构建块。最近的工作表明，场效应也可以用来制作光学/等离子体激元调制器。在本文中，我们报告的场效应电吸收调制器（FEOMs）的每一个制成的ε近零（ENZ）膜，作为活性材料，夹在硅或等离子体波导。在没有偏压的情况下，ENZ薄膜使波导的衰减最大化，调制器工作在截止状态;相反，ENZ薄膜中载流子的耗尽大大降低了波导的衰减，调制器工作在导通状态。采用双电容选通方案，通过场效应增强调制。根据我们的模拟，消光比可以达到3.44 dB，在500 nm长的硅波导中，插入损耗仅为0.71 dB（85.0%）;消光比可以达到7.86 dB，在200 nm长的等离子体波导中，插入损耗为1.11 dB（77.5%）。所提出的调制器可能会在未来的片上或芯片到芯片的光互连中找到重要的应用。
2015-12-27 physics.optics
Ultra-compact plasmonic modulator for optical inteconnects
本工作旨在设计一种等离子体辅助的CMOS兼容、低功耗调制器。为了紧凑和减少电力消耗，选择基于锗中的Franz-Keldysh效应的电吸收用于调制。它包括在施加静态电场的情况下带边附近材料的吸收系数的变化，因此产生光强度的直接调制。等离子体激元的使用允许由于高场限制而增强电光效应。开发了一个集成的电光模拟工具，用于设计和优化调制器。所设计的等离子体激元调制器具有3.3dB的消光比，具有13.2dB的插入损耗和低至20 fJ/比特的电功率消耗，即针对硅光子调制器所报道的最低电功率消耗。还通过优化的Si-Ge锥形设计了与标准硅波导的输入和输出耦合，将每个耦合器的耦合损耗降低到仅1 dB。此外，还进行了实验研究，试图将最大值在1650 nm处的Franz-Keldysh效应移到接近1.55 μm的较低波长，以用于通信应用。
2022-07-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Ultra-compact nonvolatile plasmonic phase change modulators and switches with dual electrical-optical functionality
针对现有光调制器功耗高、体积大等问题，提出基于等离子体结构与非易失性相变材料的超紧凑开关，支持多调制模式与多种加热机制，性能优异且零静态功耗。
2021-12-05 cs.ET physics.app-ph physics.optics
Exceptional Points in Hybrid-Plasmonic Quasiparticles for Ultracompact Modulators
University of Toronto（多伦多大学）
本研究利用非厄米物理的奇异点概念，基于支持混合等离激元准粒子模式的多层结构，结合低损耗相变材料实现亚微米级动态电光调制，突破硅基光子器件维度与可调谐性限制，提升器件响应度与紧凑度。
2025-10-28 physics.optics
Temperature Dependence of a Sub-wavelength Compact Graphene Plasmon-Slot Modulator
我们研究了消光比超过1 dB/um的等离子体电光调制器，通过将光模设计为与石墨烯层共面，并展示了如何降低工作温度以实现更陡峭的切换。我们展示了冷却石墨烯如何实现浸泡，从而改善动态能耗。此外，我们表明，与等离子体缝隙波导集成的多层石墨烯允许面内电场组件，和3-dB器件长度仅短至几百纳米。接近电子长度尺度的紧凑型调制器为具有最小足迹的超密集光子集成电路铺平了道路
2017-09-01 physics.app-ph physics.optics
High-speed metasurface modulator using critically coupled bimodal plasmonic resonance
本文提出一种基于临界耦合双模等离子体共振的高速等离子体超表面电光调制器，在近红外波段实现了9.5 dB调制深度和1.25 GHz带宽，为超高速有源超表面器件提供了新机遇。
2023-09-09 physics.app-ph physics.optics
THz-to-Optical Conversion in Wireless Communications Using an Ultra-Broadband Plasmonic Modulator
未来的无线通信网络必须处理每条链路数十甚至数百Gbit/s的数据速率，这需要未分配的太赫兹（THz）频谱中的载波频率。在这种情况下，THz链路与现有光纤基础设施的无缝集成对于通过光传动系的可靠和几乎无限的容量来补充无线网络的固有便携性和灵活性优势是非常重要的。在技术层面上，这需要新的设备和信号处理概念，用于THz和光域之间的数据流的直接转换。在这里，我们报告的第一个演示的太赫兹链路，无缝集成到光纤网络使用直接太赫兹到光（T/O）转换在无线接收器。我们利用一个超宽带硅等离子体调制器具有超过0.36太赫兹的3 dB带宽的T/O转换的50 Gbit/s的数据流，在0.2885太赫兹载波上传输超过16米长的无线链路。无线发射机的光-太赫兹（O/T）转换依赖于单向传播载波光电二极管中的光混合。
2018-11-06 physics.app-ph physics.optics
High-speed CMOS compatible plasmonic modulator for non-contact wafer-level testing
本文提出并验证一种 CMOS 兼容的高速小型等离子体电光调制器，通过非接触反射调制光纤光载波，实现晶圆数据输出，支持晶圆级光学测试。
2024-02-28 physics.app-ph physics.optics
Nanoscale Graphene Electro-Optic Modulators
对石墨烯的研究揭示了其独特的光学性质，包括与光的强耦合，高速操作和门可变光学电导率，这些都有望满足未来电光（EO）调制器的需求。特别是，最近的工作展示了一种基于石墨烯带间吸收的宽带电光调制器，其总长度仅为40μm。然而，与片上电子元件的尺寸相比，它仍然是笨重的。片上光学互连需要纳米尺度的EO调制。实现纳米石墨烯电光调制的关键是基于新型波导和平台大大增强光与石墨烯的相互作用。在此，我们提出了我们最近的探索石墨烯电光调制器的基础上，石墨烯夹在介电或等离子体波导。在适当的栅电压下，石墨烯的介电常数可以通过带内电子跃迁的作用被调节到很小，从而形成“石墨烯-缝隙波导”，极大地增强了吸收模式。基于小信号分析，在800 nm长的硅波导或120 nm长的等离子体波导内可以实现高达3dB的调制深度。它们具有纳米尺寸、小插入损耗、低功耗和潜在的高速性能等优点，并且与CMOS兼容。
2011-12-30 physics.optics
Low-voltage broadband hybrid plasmonic-vanadium dioxide switches
表面等离子体激元可以显著减小光学器件的尺寸，因为它们可以将光聚集到（亚）波长尺度。然而，具有高效率、低插入损耗和高消光比的（亚）波长尺度电光等离子体激元开关或调制器由于其小的有效体积而仍然是一个挑战。在这里，我们使用相关电子材料二氧化钒的绝缘体-金属相变来克服这一限制，并展示具有集成电气控制的紧凑、宽带和高效的等离子体激元开关。这些器件的长度为微米级，工作波长接近1550 nm。开关带宽超过100 nm，施加的电压仅为400 mV就足以达到超过20 dB的消光比。我们的研究结果说明了使用相变材料的高效和超紧凑的等离子体开关和调制器的潜力。
2012-10-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.optics
Tunable Plasmonic Toroidal Terahertz Metamodulator
光调制器是光子电路的重要组成部分，用于将电光信号编码到光域。在这里，使用多像素环形太赫兹（THz）等离子体元分子阵列，我们开发了一个等离子体元调制器具有高效率和可调谐性。利用激励环向动量对入射太赫兹光束功率的超灵敏性，我们数值模拟和实验研究了该器件的等离子体响应。我们表明，建议太赫兹环形元调器具有很强的潜力，可用于实际的先进通信应用。
2017-12-13 physics.optics
Ultra-compact plexcitonic electro-absorption modulator
具有大消光比、低开关能量和高操作速度的紧凑型电光（EO）调制器对于集成光子和线性光学计算来说是理想的。传统的3D半导体和半导体激光器不适合实现这种调制器，因为它们中的EO效应幅度很小。激子2D半导体在这方面提供了独特的机会，因为它们在激子共振附近具有大的可调光学常数。然而，用于将激子限制和电调谐到紧凑的EO调制器中的策略迄今尚未实现。在这里，我们设计和模拟一个超紧凑的，plexcitonic（强耦合激子等离子体）电吸收调制器（EAM）的亚微米线性足迹接近激子峰的WS 2单层（641 nm）与银槽波导的等离子体模式杂交。在WS 2中静电注入的自由载流子通过激子的库仑屏蔽以及促进带电激子（trions）的形成来调制光-物质相互作用。对于我们的优化设计，EAM预计将实现9.1 dB的消光比，同时在400 nm的横向足迹7.6 dB的插入损耗与预测< 3 fJ/位的开关能量在15 GHz的3 dB带宽调制工作。我们的工作显示了plexcitonic准粒子集成光调制器的潜力。
2023-01-24 physics.optics
Design and modeling of an ultra-compact 2x2 nanomechanical plasmonic switch
提出了使用纳米机械间隙等离子体激元相位调制器的具有0.5 $μ$ m × 2.5 $μ$ m的覆盖区的2 × 2马赫-曾德尔光开关设计[arXiv：1410.0273]。通过机械致动的17 nm气隙中的间隙等离子体激元的强相位调制，实现了极小的占地面积和适度的光学损耗。在780 nm处的频域有限元建模表明，插入损耗为${\leq}$ 8.5 dB，消光比> 25 dB，所有端口的串扰> 24 dB。讨论了优化设计方法及其对几何参数的依赖性。
2014-12-18 physics.optics
High-efficiency compact optical transmitter with a total bit energy of 0.78 pJ/bit including silicon slow-light modulator and open-collector current-mode driver
Yokohama National University（横滨国立大学）；National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)（产业技术综合研究所）；National Institute of Information and Communications Technology (NICT)（信息通信研究机构）
本文提出了一种高效紧凑型光学发射机，通过硅慢光调制器和开集电电流模式驱动器，实现低功耗和低比特能量的高效率传输。
2025-06-05 physics.optics
Plasmonic monolithic lithium niobate directional coupler switches
从高速光通信开始，锂离子电池（LN）由于其大的电光响应、宽的透明窗口、优异的热稳定性和长期的材料可靠性而成为电光调制器的首选材料。传统的LN电光调制器虽然仍然是光电工业的主力，但逐渐变得过于庞大、昂贵和耗电，无法完全满足该工业向高度集成、成本有效和能量有效的组件和电路快速发展的需求。最近开发的单片LN纳米光子平台使得能够实现在紧凑性、带宽和能量效率方面显著改善的电光调制器，同时仍然需要相对长的毫米级相互作用长度。在这里，我们成功地处理了这一挑战，并展示了等离子体激元电光定向耦合器开关组成的两个紧密间隔nm薄的金纳米条单片制造的LN基板上，引导耦合的电磁模式和电信号影响他们的耦合，从而实现超紧凑的开关和modulatiofunctionality。由两个纳米条产生的慢等离子体激元模式和静电场的极端限制以及它们近乎完美的空间重叠使我们能够用20- $μ$ m长的开关实现90%的调制深度，其特征在于电光调制效率为0.3 Vcm。我们的单片LN等离子体平台可实现高性能有源光子器件的超密集集成，从而满足各种要求$μ$ m级基底面、超快运行、稳健设计和高环境稳定性的高性价比光通信应用。
2019-07-11 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Graphene-plasmon polaritons: From fundamental properties to potential applications
由于在纳米器件中控制光的独特可能性，石墨烯等离子体为纳米光子学社区开辟了新的前景，在超材料，调制器，光电探测器和传感器中具有潜在的应用。本文简要综述了石墨烯等离子体激元研究的最新进展。我们首先对石墨烯的光学性质进行一般描述，特别关注石墨烯-等离子体激元的色散。空间扩展的石墨烯的石墨烯等离子体激元的色散关系表示在带内贡献的本地响应极限。在此基础上，我们讨论了石墨烯等离子体激元的最新研究进展，重点讨论了石墨烯等离子体激元的激发、极性衬底上石墨烯中的电子-声子相互作用以及可调谐石墨烯等离子体激元在调制器和传感器中的应用。最后，我们寻求解决石墨烯等离子体的一些明显挑战和有前途的前景。
2016-06-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
A compact scalable phase modulator with zero static power consumption for visible integrated photonics
针对可见光调制器速度慢或体积大的问题，提出基于铟锡氧化物电荷积累效应的CMOS兼容紧凑型相位调制器，实现零静态功耗下带宽与效率的大幅提升及尺寸缩减。
2024-12-17 physics.app-ph physics.optics
Highly Sensitive Wavelength-scale Amorphous Hybrid Plasmonic Detectors
等离子体和硅光子学的混合集成是一种有前途的全球微处理器互连结构。为此，实际的等离子体激元器件不仅应该在波长尺度覆盖区上提供无热宽带操作，而且还支持与低损耗Si波导以及CMOS后端工艺的非侵入式集成。在这里，我们展示了一个混合等离子体光电探测器与一个单一的有源结制造通过后端沉积的非晶材料耦合到硅纳米线只有1.5dB的损失。利用内部光电发射，我们的探测器在7V偏压下在620 nm × 5μm的基底面上测量到-35dBm的灵敏度。此外，获得了高达0.4mA/W的响应度和低至0.2nA的暗电流。在λ=1.2-1.8μm和高达100°C的温度范围内，可实现高工艺容差。结果表明，在没有昂贵的工艺修改的情况下，在Si芯片上实现等离子体-光子光电集成的潜力。
2017-09-24 physics.app-ph physics.optics
High efficiency and compact lithium niobate non-resonant recirculating phase modulator and its applications
School of Physical Science and Technology, Lanzhou University（兰州大学物理科学与技术学院）；Integrated Photonics and Applications Centre (InPAC), School of Engineering, RMIT University（皇家墨尔本理工大学工程学院集成光子学与研究中心）；School of Mathematics and Physics, North China Electric Power University（华北电力大学数理学院）
本文提出了一种高效且紧凑的非共振循环相位调制器，实现了高调制效率和低Vπ带宽，应用于FIR滤波和光频梳生成。
2025-12-23 physics.app-ph physics.optics
Recirculating Light Phase Modulator
高效率和紧凑的覆盖区是电光调制器的期望特性。在本文中，我们提出，理论研究和实验证明了一种循环相位调制器，它增加了调制效率的光场调制几次在非谐振波导结构。光的“再循环”是通过将离开相位调制器的光路循环回来并将其耦合到高阶波导模式来实现的，高阶波导模式然后重复其通过相位调制器的通道。通过将光循环回两次，我们能够展示一种再循环相位调制器，其需要低九倍的功率来产生与单程相位调制器相同的调制指数。这种调制效率提高的方法是有前途的先进的可调谐电光学频率梳发生器和其他电光器件的设计与定义的工作频率带宽。
2022-07-29 physics.app-ph physics.optics
High-power-handling ultra-compact acousto-optic modulators using one-dimensional topological interface states on thin-film lithium tantalate
State Key Laboratory of Photonics and Communications, School of Integrated Circuits, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学集成电路学院光子与通信国家重点实验室）
本文提出并实验验证了基于拓扑界面态的超紧凑声光调制器，利用薄膜锂钽酸盐实现紧凑结构和高功率处理能力，适用于微波到光子转换。
2026-04-15 physics.optics
Controlling plasmonic Bloch modes on periodic nanostructures
我们研究并主动控制表面等离子体激元在纳米孔阵列上的相干特性。通过数字空间光调制器（SLM）外部控制光激发的振幅和相位，观察到具有高对比度的SPP干涉条纹图案。我们的干涉观测陶醉与周期性纳米结构的布洛赫模式打扮的SPP。与这些Dressed Plasmon（DP）相关的动量高度依赖于光栅周期，并且完全符合我们的理论预测。我们表明，DP波的动量原则上可以超过SPP动量。通过可编程相位图案主动控制DP波提供了适用于传感、表面增强拉曼散射和等离子体结构照明显微镜的高场限制的潜力。
2013-04-04 physics.optics
High-speed plasmonic electro-optic beam deflectors
高度集成的有源纳米光子学解决了器件占用空间和操作速度的需求，是下一代光网络的关键技术。等离子体激元系统已被证明是缓解电光器件中的当前性能限制的有力竞争者。在这里，我们展示了一个等离子体光学相控阵列（OPA）组成的两个10- $μ$米长的等离子体移相器，用于控制两个亚波长分离的发射器的远场辐射模式的混叠自由波束转向与$\pm5^\circ$的角度范围和平坦的频率响应高达18 GHz（与1.2太赫兹的潜在带宽）。具有大的空间重叠的极端光场和静电场限制导致高相位调制效率（$V_πL=0.24\: \text{Vcm}$）。使用等离子体激元锂酸盐技术进行光束操纵的演示方法提供了无惯性、鲁棒、超紧凑和高速的光束转向。
2021-02-08 physics.app-ph physics.optics
Active Polarization Control with a Parity-Time Symmetric Plasmonic Resonator
光的偏振态的控制对于许多技术是必不可少的，但通常受到弱光-物质相互作用的限制，这需要长的设备路径长度或显着降低信号强度。在这里，我们研究了一种纳米等离子体孔径能够修改远场透射光的偏振态，而不会损失探测信号。该孔径是一个同轴谐振器，包括一个介质环嵌入在金属膜;奇偶时间（$\mathcal{PT}$）的对称夹杂物内的介质环的损耗和增益，使偏振控制。由于同轴孔径能够实现接近无阈值的$\mathcal{PT}$对称性破缺，因此可以实现具有实际水平的损耗和增益的偏振控制。利用这种灵敏度，我们表明，孔径可以作为一个可调谐波片，与圆偏振入射光的透射椭圆率连续变化的耗散系数从$π/2$到0（即线偏振）。具有单位效率的线性偏振光的旋转也是可能的，具有连续可调的旋转度。这种紧凑、低阈值和可重新配置的偏振器可以实现下一代高效显示器、路由器、调制器和超表面。
2018-05-17 physics.optics
Ultra-compact graphene plasmonic photodetector with the bandwidth over 110GHz
石墨烯基光电探测器利用石墨烯的高载流子迁移率和宽带吸收，近年来发展迅速。然而，它们在响应度和带宽方面的性能仍然受到弱的光-石墨烯相互作用或大的阻容积的限制。在这里，我们展示了一个波导耦合集成石墨烯等离子体光电探测器上的绝缘体上硅平台。利用等离子体增强的石墨烯-光相互作用和光能的亚波长限制，我们提出了一种小尺寸的石墨烯-等离子体光电探测器，其带宽超过110 GHz，固有响应率为360 mA/W。由于石墨烯独特的电子能带结构及其超宽带吸收，可以预期工作波长范围超过中红外，并可能更远。我们的研究结果表明，石墨烯与等离子体激元器件的结合具有很大的潜力，实现超紧凑和高速光电子器件的石墨烯基光互连。
2018-12-07 physics.app-ph physics.optics
Cryogenic Graphene-Based Phase Modulators for Quantum Information Processing
Gleb Wataghin Institute of Physics, Universidade Estadual de Campinas（圣保罗州立大学格莱布·瓦塔金物理研究所）；Brazilian Nanotechnology National Laboratory (LNNano), Brazilian Center for Research in Energy and Materials (CNPEM)（巴西国家纳米技术实验室，巴西能源与材料研究中心）；Programa de Pós-Graduação em Física, Instituto de Física, Universidade Federal de Mato Grosso（马托格罗索联邦大学物理学院物理学研究生项目）
本文提出了一种紧凑型双层石墨烯电光相位调制器，通过电磁模拟和石墨烯导电性分析，展示了极低温操作如何提升性能，实现低损耗、紧凑型量子光子学集成系统。
2026-04-30 physics.optics quant-ph
High-efficiency electro-optic modulator on thin-film lithium niobate with high-permittivity cladding
本文提出在薄膜铌酸锂调制器中引入高介电常数包层以增强电场与光场重叠，实现了1.41 V·cm半波电压-长度乘积、0.5 dB附加损耗和超过40 GHz带宽，为迄今宽带铌酸锂调制器最高调制效率。
2023-04-14 physics.app-ph physics.optics
Plasmonic Double-hole Bull's Eye Nano-antenna for Far-field Polarization Control
本研究通过数值模拟与实验，结合背焦面显微镜偏振成像及斯托克斯参数分析，探究了等离子体双孔牛眼纳米天线的偏振转换特性，证明其可实现线偏振与圆偏振互转等复杂转换，为微型偏振器件等应用提供支撑。
2025-02-11 physics.optics
High-efficiency graphene-silicon slot-waveguide microring modulator at 1.5 μm and 2 μm wavelength bands
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）；Research Laboratory of Electronics, MIT（麻省理工学院电子研究实验室）
本文提出一种集成电光调制器，通过在紧凑硅槽波导微环谐振器上嵌入部分重叠的双层石墨烯，实现宽带大带宽和高调制效率。在1550nm处，调制器具有220Vμm的高相位调制效率，2微米波长带具有20GHz带宽和-3.36dBm的光调制幅度。
2026-04-09 physics.optics
Compact broadband thermal absorbers based on plasmonic fractal metasurfaces
提出一种利用强烈局域电磁模式的紧凑型等离激元分形超表面，在6至14微米波长范围内实现高效宽带热辐射吸收，为下一代红外传感器和测辐射热计提供了新途径。
2025-06-26 physics.optics
DC-to-GHz Modulation In Microring Modulators Using Ferroelectric Nematic Liquid Crystal-on-Silicon in a Foundry Photonic Process
University of British Columbia（不列颠哥伦比亚大学）；Dream Photonics Inc.（梦光子有限公司）；Polaris Electro-Optics（波利斯光电）；Quantum Matter Institute, University of British Columbia（不列颠哥伦比亚大学量子物质研究所）
本研究提出了一种无极化、与CMOS兼容的硅-有机混合微环调制器平台，利用铁电向列型液晶实现7.8 GHz的电光带宽和高效率。
2026-02-23 physics.app-ph physics.optics
Efficient integrated graphene photonics in the visible and near-IR
石墨烯光子学已经成为提供期望的光学功能的有前途的平台。然而，石墨烯的单层尺度厚度从根本上限制了可用的光物质相互作用，这对集成器件构成了关键的设计挑战，特别是在石墨烯等离子体激元不成立的波长范围内。虽然已经提出了几种等离子体设计来增强这些机制中的石墨烯光相互作用，但它们由于金属吸收而遭受大量的插入损耗。在这里，我们报告了一个非谐振超材料为基础的波导平台，以克服与石墨烯器件相关的设计瓶颈。这种超材料结构即使使用金属也能够实现低插入损耗。通过研究波导色散特性，通过封闭形式的分析，它表明，超材料的方法可以提供优化的光场与石墨烯单层重叠。这使得基于石墨烯的集成组件具有优异的光学性能。具体地，超材料辅助的石墨烯调制器与Si纳米线相比可以提供消光比的5倍改善，同时与等离子体结构相比将插入损耗降低一个数量级。因此，这种波导配置允许人们最大化石墨烯在电信和可见光区域中保持的光学势。
2017-05-10 physics.optics
Ultra-low-loss slow-light thin-film lithium-niobate optical modulator
针对下一代光互连对调制器的多性能需求，本文提出级联切趾光栅的超低损耗慢光结构薄膜铌酸锂马赫-曾德尔调制器，实现0.6dB/mm低损耗、320GHz宽带宽及182高优值，推动高速光互连发展。
2024-11-26 physics.app-ph physics.optics
Co-design of Silicon Microring Modulator beyond 200 Gb/s per Lane: Device Physics, Operating Point, and Compact Models for Scale-Up and Scale-Out Optical I/O
Hewlett Packard Labs, Hewlett Packard Enterprise（惠普实验室，惠普企业）；Department of Electrical and Computer Engineering, Texas A&M University（德克萨斯农工大学电气与计算机工程系）
本文针对200 Gb/s以上硅微环调制器，分析器件物理与工作点，提出协同设计方法及紧凑模型，用于扩展和横向扩展光I/O，以降低DSP功耗。
2026-09-30 physics.optics
Compact Plasmonic Logic Gates Enabled by Magnetoelectric Light Funneling for On-Chip Optical Computing in the Telecom Band
本文提出一种基于磁电光漏斗效应的紧凑型MIM等离激元波导结构，在700×460 nm尺寸内实现NOT、AND、OR三种逻辑门，对比度18.69 dB，工作于1400-1450 nm电信波段，利于片上光计算集成。
2025-09-07 physics.optics
Cooperative energy transfer controls the spontaneous emission rate beyond field enhancement limits
位于金属纳米结构附近的量子发射器经由表面等离子体的近场激发单独地传递它们的能量。由于等离子体增强的局域场，能量转移过程增加了自发发射（SE）率。在这里，我们证明了显着的加速量子发射器SE率在等离子体纳米腔由于合作能量转移（CET）从等离子体相关的发射器。使用集成的等离子体纳米腔，我们实现了高达六倍的增强耦合到相同的纳米腔的发射器的发射率的顶部的局部态密度的等离子体增强。辐射功率谱保留了等离子体共振中心频率和线形，峰值振幅与激发发射器的数量成正比，表明观察到的合作SE不同于超辐射。等离子体辅助的CET提供对SE速率的前所未有的控制，并且允许在室温下动态地控制自发发射速率，从而实现基于SE速率的光调制器。
2019-01-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
