مطالعه ویژگی‌های موجبر پلاسمونیک هیبریدی دی‌الکتریک-گرافن در ناحیه فروسرخ دور

در این مقاله، یک موجبر پلاسمونیک هیبریدی دی‌الکتریک-گرافن با کارایی بالا در ناحیه فروسرخ دور که یکی از اجزاء مدارهای مجتمع فوتونیکی و اپتوالکترونیکی با کاربردهای گوناگون از جمله ارتباطات، نظامی، پزشکی و ... به‌شمار می‌رود، پیشنهاد شده است. ساختار هندسی موجبر پیشنهادی، ترکیبی از یک لایه مکعب مستطیل با یک برآمدگی نیم‌استوانه در قسمت زیرین آن (با ماده ضریب شکست بالا)، زیرلایه مکعب مستطیلی دیگری با یک فرورفتگی نیم‌استوانه (با ماده ضریب شکست پایین)، یک ورقه گرافن و زیرلایه مکعب مستطیل دیگری از ماده با ضریب شکست پایین است که به‌ترتیب روی هم قرار گرفتهاند. در این‌جا مُدهای پلاسمون پلاریتون‌های سطحی (spps) در مرز بین گرافن و دی‌الکتریک برانگیخته می‌شوند. ویژگی‌های انتشاری مُدهای spps با استفاده از روش‌ عددی المان محدود (fem) بررسی شده است. نتایج بدست آمده از شبیه سازی، نشان میدهد که با تغییر پارامترهای هندسی ساختار و همچنین با تنظیم پتانسیل شیمیایی گرافن موجبر پیشنهادی، می‌توان سطح مُد بهنجارشده کوچک از مرتبه ~〖10〗^(4)، طول انتشار از مرتبه ~〖10〗^3 μmو ضریب عملکرد بالا بدست آورد. بنابراین انتظار می‌رود با توجه به طول انتشار نسبتاً طولانی و محصورشدگی قوی نور، این ساختار به عنوان یکی از اجزا و مولفه دستگاههای فوتونیکی به‌کار گرفته شود.

Investigation of Characteristics of DielectricGraphene Hybrid Plasmonic Waveguide in Far Infrared Spectrum

In this paper, a highperformance graphene dielectric plasmonic waveguide in the far infrared spectrum is proposed, which is one of the components of integrated photonic and optoelectronic circuits with various applications, including communications, military, medical, etc. The proposed waveguide geometric structure is composed of a rectangular cube layer with a semicylindrical ridge underneath (with a high refractive index material), rectangular cube substrate with a semicylindrical depression (with a low refractive index material), a sheet of graphene and the substrate of material with low refractive index, that the layers and sublayers are stacked on top of each other, respectively. Here, the surface plasmon polaritons (SPPs) modes are stimulated at the interface of graphene and dielectric. The propagation properties of SPPs modes have been investigated using the finite element method (FEM). The simulation results show that via modifying the geometrical parameters of the structure and tuning the chemical potential of the proposed graphene waveguide, a small normalized mode area ~〖10〗^(4) and the propagation length ~〖10〗^3 μm are achieved. Therefore, it is recommended that the proposed waveguide can be used as a component of photonic devices due to relatively long propagation length and the strong confinement of light.