基于黑磷的微腔—波导耦合系统中类电磁诱导透明效应的主动调控研究

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电磁诱导透明(Electromagnetically Induced Transparency,EIT)是三能级原子系统中量子相消干涉的结果,在透明窗口内,吸收和色散特性都发生了剧烈变化,这在慢光、光学存储和其他非线性光学过程中具备潜在的应用。在各种模型系统(光子晶体波导、光机械系统、耦合光学微腔和超材料等)中,通过设计相干激发路径,能产生类EIT效应,但是基于一维光子晶体纳米梁腔的类EIT效应在文献中鲜有报道。此外,有效地控制色散和群时延,对类EIT效应进行主动调制,这在实际应用中是非常重要的。最常用的方法是集成可调谐材料,以实现可调的透明窗口。黑磷是一种新兴的二维材料,沿扶手椅型晶格方向(x方向)和沿锯齿型晶格方向(y方向)的有效电子质量相差一个数量级,从而导致各向异性的电学和光学特性,黑磷在光电传感、成像、微纳器件以及光电探测器等领域具备巨大的应用潜力。本文主要研究内容如下:1.我们提出了一种新的光子晶体纳米梁腔-波导耦合系统,该系统由一个条状波导和两个一维光子晶体纳米梁腔组成,且其中一个微腔的表面覆盖有黑磷,可以实现独特的类EIT效应。利用时域有限差分方法研究了该系统的传输特性以及类EIT效应,数值模拟结果表明,通过改变两个微腔之间的距离可以实现对类EIT效应中透明窗口的主动调控。此外,在两个微腔之间的耦合距离固定的情况下,通过调节黑磷的费米能级,同样可以实现对类EIT效应中透明窗口的主动调控。2.我们进行了基于耦合模理论的理论分析,探索了其潜在的物理机制,其结果与数值结果高度吻合,理论分析表明,类EIT效应的主动调制归因于暗模式腔损耗的变化。此外,计算了微腔-波导耦合系统中的群时延,结果显示当黑磷取扶手椅型晶格方向时,系统的最大的群时延为2.9 ps,当黑磷取锯齿型晶格方向时,系统的最大群时延为4.5 ps,同时群时延也可以通过更改黑磷的费米能级进行主动调控。
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