High-speed waveguide-coupled graphene-on-graphene optical modulators
提出了一种基于双石墨烯层的电吸收光调制器概念。该器件由绝缘体上硅波导组成，两个石墨烯层位于其上，由薄绝缘区域隔开。下层石墨烯充当可调谐吸收体，而上层充当透明栅电极。基于实际石墨烯材料特性的计算表明，在近红外波段（λ=1.55 μm）和中红外波段（λ=3.5μ m），超过100 GHz（30 GHz）的3 dB带宽是可能的。还量化了背景掺杂和电势波动对带宽、调制深度和插入损耗的影响。
2012-02-21 cond-mat.mes-hall physics.optics
Fabrication method of a low-loss plasmonic waveguide containing both plasmonic-friendly and plasmonic-unfriendly metals
本研究开发出一种新型制备技术，通过优化光场限制，同时降低含等离激元友好型与非友好型金属的等离激元波导传输损耗，使单器件损耗低于1 dB，并通过实验验证了该技术的有效性。
2022-12-08 cond-mat.mes-hall physics.optics
Transient and steady-state entanglement mediated by three-dimensional plasmonic waveguides
利用量子主方程方法研究了三维等离子体波导中表面等离子体介导的两量子比特（二能级原子）之间的纠缠。两种类型的波导，纳米线和V形通道切割在一个平坦的金属平面，被认为是。波导的格林函数，严格地描述了耗散量子比特环境，数值计算使用直接时域有限差分（FDTD）麦克斯韦方程组的解决方案。量子长度效应在增强纠缠中起着至关重要的作用，谐振长度等离子体波导可以提供比无限长波导更高的量子比特之间的纠缠。它也表明，耦合槽可以通过更强的量子比特波导耦合，提高纠缠，无限和有限波导的情况下。
2015-05-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Propagation of Strongly Hybridized Edge Modes in Plasmonic Waveguides
在我们的工作中，我们研究了纳米级混合等离子体波导中光模的传播。基于频域麦克斯韦方程组的模拟实现了三维混合模式的特性研究。我们的分析结果被应用于设计一个先进的混合波导有用的特性。这里演示了如何将两个边缘等离子体激元与波导模式耦合，以形成针对电光晶体管（调制器）领域应用进行良好调谐的混合波导。边缘等离子体激元的混合偏振态允许它们与水平偏振（TE）光学模式（这对于通常的表面等离子体激元是不可能的）耦合，并为偏振无关等离子体激元调制器开辟了道路。
2020-12-23 cond-mat.mes-hall physics.optics
Purcell factor for point-like dipolar emitter coupling to 2D-plasmonic waveguides
我们从理论上研究了位于任意形状的二维等离子体波导附近的点状偶极发射体的自发发射。我们调用一个明确的链接与波导的模式密度描述的电磁通道，发射器可以耦合。我们得到一个封闭的形式表达的耦合传播等离子体激元，因此扩展的Purcell因子等离子体配置。详细讨论了辐射和非辐射对自发发射的贡献。
2011-07-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
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
Coupling single photons from discrete quantum emitters in WSe$_2$ to lithographically defined plasmonic slot-waveguides
我们报告的观察的产生和路由的WSe $_2$单层片状剥离光刻定义的金等离子体激元波导的局部激子产生的单等离子体激元。对不同量子发射器的位置的统计分析表明，它们是$(3.3 \pm 0.7)\times$，更有可能靠近等离子体激元波导的边缘形成。通过表征单个发射器，我们通过观察信号（$g^{(2)}(0) = 0.42$）的反聚束来确认它们的单光子特性，并证明特定的发射器耦合到近端等离子体激元波导的模式。对靠近和远离等离子体纳米结构的发射器进行的时间分辨测量表明，根据量子发射器相对于紧密限制的等离子体模式的精确位置，发生高达$15 \pm 3$的Purcell因子。测量的点扩散函数的五个量子发射器相对于波导与<50 nm的精度进行了比较，数值模拟表明，更高的耦合效率的潜力，理想定位的发射器的增加。这种应变诱导量子发射器与确定性等离子体激元路由的集成是朝向深亚波长片上单量子光源的一步。
2018-06-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mid-infrared Active Graphene Nanoribbon Plasmonic Waveguide Devices
掺杂石墨烯由于其多功能的外部控制功能以及其高度压缩的石墨烯表面等离子体（GSP）波长而成为中红外波长的活性等离子体材料的强有力竞争者。在本文中，我们设计了基于电压门控非均匀介质层上掺杂石墨烯纳米带（GNRs）的电调制的有源等离子体波导器件。我们首先开发了品质因数（FoM）公式来表征无源和有源石墨烯纳米波导的性能。基于FoM，我们选择最佳GNR来构建等离子体快门，其由放置在由Si纳米柱支撑的非均匀SiO $_2$衬底上的GNR组成。模拟研究表明，对于一个简单的50 nm长的等离子体快门，调制对比度可以超过30 dB。等离子体快门被进一步扩展以构建4端口有源功率分配器和8端口有源网络，两者都基于GNR交叉结波导。对于有源功率分配器，每个波导臂处的GSP功率传输可以由所施加的栅极电压独立地控制，具有高调制对比度和几乎相等的功率分配比例。从8端口有源网络的构造中，我们看到可以将GNR交叉结波导放大为大型复杂的有源波导网络，在中红外石墨烯等离子体集成纳米电路的令人兴奋的新领域中显示出巨大的潜力。
2013-12-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
Design of a Monopole Antenna Based Resonant Nanocavity for Detection of Optical Power from Hybrid Plasmonic Waveguides
提出了一种新型的等离子体波导耦合纳米腔与一个天线的混合等离子体波导本地化的光功率，并随后将其转换为电流。纳米腔被设计为法布里-珀罗波导谐振器，而微带天线由直接安装在波导终端的金属部分上的金属纳米棒制成，该金属部分充当导电接地。纳米腔与夹在天线和地面之间的天线馈电重合。来自波导的最大功率可以通过天线中以及纳米腔中的场谐振耦合到纳米腔中并在纳米腔中被吸收。模拟结果表明，在体积为220 × 150 × 60 nm $^3$的锗填充纳米腔中，可以吸收42%的光功率。该设计可以在纳米级光探测、亚波长光聚焦和操纵以及传感方面找到应用。
2013-12-31 cond-mat.mes-hall physics.optics
Single photon sources from two dimensional materials and their interfacing with plasmonic waveguides
本文综述了二维材料单光子源的形成和控制。我们批判性地分析了这些量子发射器在室温和低温下的产生和控制。确定性的形成和位置控制的方法进行了阐述和形象地解释。我们从各种二维和非二维资源中招募主要的单光子源。等离子体波导和单光子源与他们的接口进行了严格的分析和审查。此外，我们设想的几何形状的等离子体波导的最大耦合的单光子。
2019-03-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas quant-ph
Multifunctional graphene optical modulator and photodetector integrated on silicon waveguides
对于光通信，信息以高速率在光信号域和电信号域之间转换。实现这种转换的设备是各种类型的电光调制器和光电探测器。同样重要的这两种类型的光电子器件需要不同的材料，因此使用单一材料组合来实现这两种类型的光电子器件是具有挑战性的，特别是以可以集成在无处不在的硅平台上的方式。石墨烯具有无间隙的能带结构，是一种独特的光电材料，可以实现光电探测和光学调制。在这里，我们展示了一个基于石墨烯的设备，同时提供有效的光学调制和光电探测。石墨烯器件集成在硅波导上，并可通过另一层石墨烯制成的栅极进行调谐，以实现57 mA/W的近红外光电探测响应度和64%的调制深度。这种新颖的多功能器件可能会导致许多前所未有的光电应用。
2014-02-28 cond-mat.mes-hall physics.optics
Entanglement of two qubits mediated by one-dimensional plasmonic waveguides
我们研究了由一维波导支撑的等离子体介导的量子比特-量子比特纠缠。我们研究了在连续泵浦下，从非纠缠态自发形成纠缠态和驱动稳态纠缠态的情况。在这两种情况下，我们表明，通过使用目前可用的等离子体波导，对于大于工作波长的量子比特-量子比特距离，可以实现大的并发值。
2011-01-17 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Ring-Like Solitons in Plasmonic Fiber Waveguide Composed of Metal-Dielectric Multilayers
我们设计了一种由纳米尺度同轴圆柱形金属-介质多层膜组成的等离子体光纤波导（PFW），并建立了相应的动力学方程，描述了介质层中克尔非线性的PFW中的传播模式。该物理过程与离散的矩阵非线性薛定谔方程相联系，在自散焦条件下，发现了可见光和近红外线的亚波长尺度的高限制环形孤子.此外，由于PFW的圆柱对称性，当增加输入光的强度时，可以进一步改善限制，这意味着环的宽度和半径都减小。
2011-09-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Plasmonic Waveguides from Coulomb-Engineered Two-Dimensional Metals
库仑相互作用在原子级薄的材料中起着至关重要的作用。一方面，由于缺乏环境屏蔽，它们在分层系统中具有很强的长程作用。另一方面，它们可以通过周围的介电材料有效地调谐。因此，所有决定性地依赖于电子相互作用的确切结构的物理性质原则上都可以通过库仑工程从外部有效地控制和操纵。在这里，我们展示了如何使用这一概念在金属层状材料中创建全新的等离子体波导。我们详细讨论了如何介电结构的环境可以利用非侵入性地限制在一个均匀的金属2D系统的多体相互作用的修改等离子体激元激发。我们定义了这种机制的最佳能量范围，并证明了几个纳米内的等离子体约束。与传统的功能化机制相比，该方案依赖于纯粹的多体概念，并且不涉及对活性材料本身的任何直接修饰。
2021-02-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Plasmonic waveguides in two-dimensional materials: a quantum mechanical description using semiclassical techniques
本文提出一种基于半经典分析的半解析理论，用于描述二维材料中空间非均匀系统的等离激元波导，揭示全内反射和介电环境变化两种导波机制，为理解数值研究奠定基础。
2025-02-27 cond-mat.mes-hall physics.optics
Edge-plasmon assisted electro-optical modulator
一个有效的电-光调制已被证明在这里通过使用特定的混合等离子体波导的边缘等离子体模式。我们的方法解决了集成微波光子学的一个主要障碍所造成的偏振约束的有源和无源组件。除了表面等离子体激元典型的亚波长限制之外，边缘等离子体激元模式使得能够精确匹配基于硅的输入/输出光栅耦合器、波导和电-光调制器的偏振要求。以类波导结构实现的混合波导的概念意味着传播等离子体激元模式与波导模式的耦合。垂直布置的夹层包括ε近零材料（氧化铟锡）的薄层，其在小长度尺度下提供有效调制。所采用的边缘等离子体激元具有混合偏振态，并且可以用水平偏振波导模式激发。它允许所得到的调制器直接与高效的光栅耦合器一起工作，并避免使用笨重和有损耗的偏振转换器。基于麦克斯韦方程组和漂移扩散半导体方程建立了一个三维光学模型。已经进行了涉及材料和几何形状优化的大量数值计算。计算和分析了有效模、稳态场分布、消光系数、光损耗和电荷输运特性。除了偏振匹配，所提出的模型的优点包括硅波导的紧凑的平面几何形状，减少有源电阻R和一个相对简单的设计，有吸引力的实验实现。
2020-01-10 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
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
Coherent Controllable Transport of a Surface Plasmon Coupled to Plasmonic Waveguide with a Metal Nano Particle-Semiconductor Quantum Dot Hybrid System
利用实空间方法，研究了一维表面等离子体波导中半导体量子点和金属纳米粒子组成的混合纳米系统与单个等离子体相互作用时的开关现象.我们讨论了激子和局域表面等离子体激元之间的偶极耦合导致混合激子的形成，并且可以通过改变SQD和MNP之间的颗粒间距离和纳米颗粒的尺寸来控制传播的单个等离子体激元的透射和反射。利用这种纳米系统对单表面等离子体的可控输运，将在等离子体开关、单光子晶体管、纳米激光器和量子信息等新一代量子器件的设计中具有重要的应用前景。
2015-12-12 cond-mat.mes-hall physics.optics
Probing decoherence in plasmonic waveguides in the quantum regime
实验研究了金属条形波导中单表面等离子激元的退相干。在我们的研究中，我们使用马赫-曾德尔配置以前考虑测量原子，电子和光子系统中的退相干。通过在一个臂中放置不同长度的波导，我们能够测量振幅阻尼时间T_1 = 1.90 +/- 0.01 x 10^-14 s，纯相位阻尼时间T_2^* = 11.19 +/- 4.89 x 10^-14 s，总相位阻尼时间T_2 = 2.83 +/- 0.32 x 10^-14 s。我们发现，退相干主要是由于振幅阻尼，因此非弹性电子和光子散射所产生的损失起着最重要的作用，在量子制度的等离子体波导的退相干。然而，纯相位阻尼并不能完全忽略。研究结果将有助于等离子体波导系统的设计，以实现相位敏感的量子应用，如量子传感。开发的探测技术也可以应用于其他等离子体纳米结构，例如用作纳米天线，超材料中的单位细胞和冷原子的纳米陷阱。
2018-02-09 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Graphene-based plasmonic switches at near infrared frequencies
介绍了石墨烯条形等离子体激元波导近红外波段串联开关的概念、分析和设计。通过使用石墨烯的场效应来选择性地启用或禁止石墨烯条形波导的一部分上的传播来实现切换，从而分别允许良好的传输或高隔离。使用全波模拟和传输线模型与矩阵传输方法相结合，该方法考虑到由设备的不同石墨烯条形波导部分支持的等离子体激元的特性，来执行所提出的结构的电磁建模。开关的性能进行评估与不同的参数的结构，包括周围的介电介质，静电门控和波导尺寸。
2013-09-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
Optical Forces Between Coupled Plasmonic Nano-particles near Metal Surfaces and Negative Index Material Waveguides
我们提出了一个研究两个耦合等离子体纳米粒子以上的各种平板几何形状，包括金属半空间和280纳米厚的负折射率材料（NIM）平板波导之间的光诱导力。我们研究光学力的非微扰计算散射电场通过格林函数技术，其中包括粒子相互作用的所有订单。对于激发频率附近的表面等离子体激元和慢光波导模式的金属和NIM，分别，我们发现丰富的光诱导力和显着的动力学反作用效应。发现光学猝灭在金属和NIM平面几何形状中都是重要的，这减小了可实现的颗粒间力的空间范围。然而，减少NIM中的损耗允许辐射更有效地通过慢光模式传播，从而导致两个粒子之间的光诱导力更加明显。为了突出粒子耦合的基本机制，我们将格林函数计算与量子光学中各种熟悉的量联系起来。
2011-04-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Transport Properties of a Single Plasmon Interacting with a Hybrid Exciton of a Metal Nanoparticle-Semiconductor Quantum Dot System Coupled to Plasmonic Waveguide
采用实空间方法研究了一维表面等离子体波导耦合的半导体量子点和金属纳米粒子混合系统与单个等离子体相互作用过程中的输运性质.我们认为MNP与SQD相互作用导致了混合激子的形成，通过调节施加在MNP与SQD混合纳米体系上的经典控制场的频率、金属纳米颗粒的种类以及背景介质，可以控制单次入射等离子体激元的透射和反射.单等离子体激元与这种混合纳米系统相互作用的输运性质可以在下一代量子器件如单光子开关和纳米镜的设计以及量子信息处理中找到应用。
2015-12-12 cond-mat.mes-hall physics.optics
On-chip excitation of single germanium-vacancies in nanodiamonds embedded in plasmonic waveguides
量子发射器在纳米级等离子体电路中的单片集成需要能够将光限制在远低于衍射极限的低损耗等离子体配置。我们展示了在芯片上远程激发纳米金刚石嵌入单量子发射器的等离子体模式的电介质脊顶部胶体银晶体。纳米金刚石被生产为包含单个锗空位（GeV）中心，提供适用于高度集成电路的明亮、光谱窄且稳定的单光子源。使用电子束光刻与氢硅倍半氧烷（HSQ）抗蚀剂，介电负载的表面等离子体激元波导（DLSPPWs）制造的单晶银板，以便包含那些被发现具有适当的单GeV中心的旋转铸造的纳米金刚石。低损耗等离子体配置使得532 nm泵浦激光能够在DLSPPW中在芯片上传播，并到达嵌入式纳米金刚石，其中包含单个GeV中心。远程GeV发射极由此被激发并耦合到空间受限的DLSPPW模式，由于约6倍的Purcell增强，约56%的耦合效率和约33 μm的传输长度，具有出色的品质因数180，揭示了我们的方法在芯片上实现纳米级功能量子器件的潜力。
2018-01-30 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Spectral imaging of topological edge states in plasmonic waveguide arrays
我们报告的观察拓扑保护的边缘状态在两个拓扑结构不同的域之间的界面的苏-Schrieffer-Heeger模型，我们实现在阵列中的倏逝耦合介质加载的表面等离子体极化激元波导。通过几个独立的实验获得的边缘状态的拓扑特征的直接证据：它的空间定位在界面上，以及一个子晶格的限制是由实空间泄漏辐射显微镜证实。通过傅立叶成像获得的相应的动量分辨光谱揭示了理论预测的边缘态的中间带隙位置。
2017-07-10 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
