غير خطيت تنظيم پذير در سيستم مزوسكوپيكي حاوي گرافن براي بهبود دوپايداري نوري در محدوده تراهرتز

Tunable Nonlinear Optical Mesoscopic System Containing Graphene, Optimization of Optical Bistability in THz Frequency

در اين مقاله يك سيستم مزوسكوپيكي مبتني بر لايه هاي گرافني معلق در يك دي الكتريك براي بهبود نمايش دوپايداري نوري در محدوده تراهرتز پيشنهاد شده است. ابتدا نشان داده شده است كه در سيستم مزبور، غيرخطيت نوري در محدوده تراهرتز نسبت به محدوده مرئي افزايش چشمگيري مي يابد. همينطور نشان داده شده است كه رفتار غيرخطي سيستم با افزايش تعداد لايه هاي معلق نيز افزايش مي يابد. براي تحليل اين مسائل، ابتدا از نتايج معادله بولتزمان براي تشريح هدايت اپتيكي استفاده شده و سپس با ردگيري موج اپتيكي تراهرتز در عبور از لايه هاي گرافني معلق با استفاده از معادلات ماكسول، نمودار هيسترسيز دوپايداري اپتيكي بدست آمده است. نتايج حاكي از تقويت دوپايداري بازاي افزايش لايه هاست. بنابراين مي توان با تغيير تعداد لايه ها، غير خطيت سيستم را تنظيم نمود. همينطور مي توان با اعمال ولتاژ باياس بر سيستم بهينه شده، غيرخطيت را بروش الكتريكي تنطيم نمود.

In this paper, a mesoscopic-scaled system is proposed based on the embedded graphene layers inside a dielectric medium in order to improve the presentation of optical bistability in THz range. It is firstly shown that the nonlinearity is considerably enhanced in comparison to the visible range. It is also shown that the nonlinear behavior can be increased by increasing the number of graphene layers. For the purpose of analyzing these issues, we use Boltzmann equation to describe the optical conductivity. Then, THz light wave is traced through the embedded graphene layers via Maxwell equations. This yields the optical bistability hysteresis. The results show that the optical bistability is enhanced with increasing the number of graphene layers. The important issue in THz range is the tunability of nonlinearity with an external bias voltage.