تحليل عددي يك مدولاتور نوري پهن باند مبتني بر جفت لايه گرافن و h-BN در محدوده طول موجي 1300 تا 1800 نانومتر با ضريب خاموشي

Numerical Analyze of a Broadband Optical Modulator Based on Bilayer Graphene and h-BN in the Wavelength range of 1300 to 1800 nm with High Extinction Ratio

در اين مقاله، يك مدولاتور نوري باند پهن حاوي دو جفت لايه گرافن و h-BN طراحي و تحليل شده است. تك لايه هاي گرافني با ضخامت زير طول موجي و ميزان جذب تنظيم پذير به عنصر كليدي در طراحي ادوات نوري تبديل شده است. براي حفظ خواص تك لايه گرافني در ساختارهاي شامل دو يا چند لايه گرافني از لايه دي الكتريك h-BN استفاده شده است. در اين مقاله، ساختار مدولاتور نوري پيشنهادي شامل دو جفت لايه گرافن و h-BN است كه اعمال ولتاژ به لايه هاي گرافني سبب تغيير پتانسيل شيميايي گرافن شده و از اين طريق، با كنترل ميزان جذب گرافن، مدولاسيون نور خروجي فراهم شده است. از طريق روش FDTD، با محاسبه مشخصه هاي عملكردي مدولاتور، ساختار پيشنهادي بهينه براي مدولاتور بيان شده است. مدولاتور پيشنهادي علاوه بر عملكرد مناسب در محدوده طول موجي 1800-1300 نانومتر، در طول موج 1550 نانومتر، عمق مدولاسيون dB/µm 0.06 با اتلافات الحاقي dB/µm 0.16 و ضريب خاموشي بالاي 12 دسي بل را نشان مي دهد.

In this paper, a broadband optical modulator containing two bilayers of graphene and h-BN is designed and analyzed. Graphene monolayers with sub-wavelength thickness and tunable absorption rates have become a key element in optical device design. The h-BN dielectric layer has been used to maintain the properties of graphene monolayers in structures containing two or more graphene layers. In this paper, the proposed optical modulator structure consists of two bilayers of graphene and h-BN layers which apply voltage to the graphene layers which modifies the chemical potential of graphene and by controlling the amount of graphene absorption, modulation of the light output is provided. The proposed structure for the modulator is studied by calculating the modulatorchr('39')s performance characteristics through the FDTD method. The proposed modulator has a proper performance in the wavelength range of 1800-1300 nm and it exhibits the modulation depth 0.12 dB/µm and the extinction ratio 12 dB with the insertion loss 0.16 dB/µm at wavelength of 1550 nm.