نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
گروه فوتونیک و مهندسی اپتیک و لیزر، دانشگاه بناب، بناب، ایران
چکیده
در این مقاله بصورت نظری به بررسی پلاریتون‌های سطحی در مرز بین یک محیط دی‌الکتریک یکنواخت نیمه‌بینهایت و یک بلور فوتونی یک‌بعدی پرداخته شده است. بلور فوتونی از ترکیب لایه‌های دی‌الکتریک همسانگرد و لایه‌هایی از فراماده هایپربولیک گرافن-پایه تشکیل شده است. برای مطالعه لایه‌های فراماده از تقریب محیط موثر استفاده شده و نشان داده شده است که این لایه‌ها در بازه فرکانسی معینی در ناحیه THz پاشندگی هایپربولیک دارند. نتایج بدست آمده نشان می‌دهد که بلور فوتونی مورد بررسی در ناحیه فرکانسی هایپربولیک نیز همانند ناحیه فرکانسی بیضوی دارای باندهای ممنوعه فوتونی در هر دو قطبش TE و TM است و امکان تحریک پلاریتون‌های سطحی در این نواحی فرکانسی وجود دارد. مشاهده شده است که مشخصات پلاریتون‌های سطحی به پارامترهای هندسی ساختار و همچنین به خواص اپتیکی تک لایه‌های گرافن وابسته است. در ادامه پروفایل میدان الکترومغناطیسی تعدادی از مدهای سطحی رسم شده و نشان داده شده است که مدهای باند ممنوعه اول جایگزیدگی بیشتری نسبت به مدهای باند ممنوعه دوم دارند. در پایان، توزیع شدت یک باریکه گاوسی با قطبش TM در داخل و خارج بلور فوتونی شبیه‌سازی شده است که جایگزیدگی پلاریتون‌های سطحی در مرز ساختار را تایید می‌کند.
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
Tunable surface polaritons of one-dimensional photonic crystal containing graphen-based hyperbolic metamaterials
نویسندگان [English]
- A Madani
- R Abdi-Ghaleh
- J Poursamad
Department of Photonics, Laser and Optical Engineering, University of Bonab, Bonab, Iran
چکیده [English]
In this paper, surface polaritons (SPs) at the interface of a semi-infinite homogeneous dielectric medium and a one-dimensional photonic crystal (PC) have been investigated theoretically. The PC is made of the alternate layers of an isotropic ordinary dielectric and a graphene-based hyperbolic metamaterial layers. The effective medium approach has been used for the study of the metamaterial layers and it is shown that they have hyperbolic dispersion in a certain frequency range at THz region. The obtained results show that the structure has some photonic band gaps in the hyperbolic and elliptical frequency regions for both TE and TM polarizations and can support the SPs in these frequency ranges. It is observed that the characteristics of the SPs depend on the geometrical parameters of the structure and optical parameters of the graphene monolayers. In the following, the electromagnetic field profiles of some SPs have been plotted and it is shown that the modes of the first band gap are more localized than the modes of the second band gap. Finally, the intensity distribution of a TM-polarized Gaussian beam inside and outside the PC has been simulated which is verifying the localization of the SPs at the interface of the structure.
کلیدواژه‌ها [English]
- surface polaritons
- graphene-based hyperbolic metamaterial
- photonic crystal
- tunable
- J Nkoma, R Loudon, and D R Tilley, J. Phys. C: Solid State Phys. 7 (1977) 3547.
- S A Maier, “Plasmonics: “Fundamentals” and Applications”, Springer, Germany (2007) .
- V M Agranovich and D L Mills, “Surface Polaritons-Electromagnetic Waves at Surfaces and Interfaces”, Elsevier Science Ltd., Netherlands (1982) .
- P Yeh, A Yariv, and C Hong, J. Opt. Soc. Am. 67 (1977) 423.
- P Yeh, P Chen, and A Yariv, Appl. Phys. Lett. 32 (1978) 370.
- G Margheri, T Del Rosso, S Sottini, S Trigari, and E Giorgetti, Opt. Express16 (2008) 9869.
- J Martínez, A Ródenas, M Aguiló, T Fernandez, J Solis, and F Díaz, Opt. Lett. 41 (2016) 2493.
- Y Zong, P Lang, L Yu, G Duan, and Z Pan, IEEE Photonic Tech L. 29 (2017) 466.
7. S Dhara, C Y Lu, P Magudapathy, Y F Huang, W S Tu, and K H Chen, Appl. Phys. Lett. 106 (2015) 023101.
10. J Gaspar-Armenta and F Villa, J. Opt. Soc. Am. B, 20 (2003) 2349.
11. J Martorell, D Sprung, and G Morozov, J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 8 (2006) 630.
12. [12] J. Gaspar-Armenta, F. Villa, T. López-Rios, Opt. Commun. 216 (2003) 379.
13. I V Soboleva, E Descrovi, C Summonte, A A Fedyanin, and F Giorgis, Appl. Phys. Lett. 94 (2009) 231122.
14. M Shinn and W Robertson, Sensors and Actuators B, 105 (2005) 360.
15. Y Wan, Z Zheng, W Kong, X Zhao, Y Liu, Y Bian, and J. Liu, Opt. Express, 20 (2012) 8998.
16. D Soto-Puebla, M Xiao, and F Ramos-Mendieta, Phys. Lett. A 326 (2004) 273.
17. D Bria, B Djafari-Rouhani, A Akjouj, L Dobrzynski, J P Vigneron, E H El Boudouti, and A Nougaoui, Phys. Rev. E 69 (2004) 066613.
18. S Feng, J Merle Elson, and P L Overfelt, Opt. Express13 (2005) 4113.
19. A Madani and S Roshan Entezar, Physica B 431 (2013) 1.
20. S Roshan Entezar, Z Saleki, A Madani, Physica B 478 (2015) 122.
21. Z Saleki, S Roshan Entezar, and A Madani, Appl. Opt. 56 (2017) 317.
22. A Namdar, Opt. Commun. 278 (2007) 194.
23. S Roshan Entezar, A Madani, A Namdar, and H Tajalli, J. Magn. Magn. Mater. 324 (2012) 1739.
24. A Madani and S Roshan Entezar, Superlattices and Microstructures 75 (2014) 692.
25. A Poddubny, I Iorsh, P Belov, and Y Kivshar, Nat. Photonics 7 (2013) 948.
26. V Drachev, V A Podolskiy, and A V Kildishev, Opt. Express 21 (2013) 15048.
27. Y Li, J Zhang, S Qu, J Wang, Y Pang, Z Xu and A Zhang, J. Phys. D: Appl. Phys. 48 (2015) 335101.
28. C Lv, W Li, X Jiang, and J Cao, EPL 105 (2014) 28003.
29. X Li, Z Liang, X Liu, X Jiang, and J Zi, Appl. Phys. Lett. 93 (2008) 171111.
30. J Yang, X Hu, X Li, Z Liu, X Jiang, and J Zi, Opt. Lett. 35 (2010) 16.
31. Y Chang, C Liu, C Liu, S Zhang, S R Marder, E E Narimanov, Z Zhong, and T B Norris, Nat. Commun. 7 (2016) 10568.
32. K S Novoselov, A K Geim, S V Morozov, D Jiang, Y Zhang, S V Dubonos, I V Grigorieva, and A A Firsov, Science 306 (2004) 666.
33. A K Geim, Science, 324 (2009) 1530.
34. A Madani and S Roshan Entezar, Photonics and Nanostructures-Fundamentals and Applications 25 (2017) 58.
35. G W Hanson, J. Appl. Phys. 104 (2008) 084314.
I Iorsh, I Mukhin, I Shadrivov, P Belov, and Y Kivshar, Phys. Rev. B 87 (2013) 075416.
)