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한국광학회 Current Optics and Photonics Current Optics and Photonics Vol.1 No.1
발행연도
2017.2
수록면
65 - 72 (8page)

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We propose a nearly lossless, compact, electrically modulated vertical directional coupler, which is based on the controllable evanescent coupling in a previously proposed graphene-assisted total internal reflection (GA-FTIR) scheme. In the proposed device, two single-mode waveguides are separate by graphene-SiO<sub>2</sub>- graphene layers. By changing the chemical potential of the graphene layers with a gate voltage, the coupling strength between the waveguides, and hence the coupling length of the directional coupler, is controlled. Therefore, for a properly chosen, fixed device length, when an input wave is launched into one of the waveguides, the ratio of their output powers can be controlled electrically. The operation of the proposed device is analyzed, with the dispersion relations calculated using a model of a one-dimensional slab waveguide. The supermodes in the coupled waveguide are calculated using the finite-element method to estimate the coupling length, realistic devices are designed, and their performance was confirmed using the finite-difference time-domain method. The designed 3 μm by 1 μm device achieves an insertion loss of less than 0.11 dB, and a 24-dB extinction ratio between bar and cross states. The proposed low-loss device could enable integrated modulation of a strong optical signal, without thermal buildup.
#Directional coupler #Graphene #Numerical modeling

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G. T. Reed / 2010 / Silicon optical modulators / Nat. Phot 4:518~526 google schola F. Bonaccorso / 2010 / Graphene photonics and optoelectronics / Nat. Phot 4:611~622 google schola J. Gosciniak / 2013 / Theoretical investigation of graphene-based photonic modulators / Sci. Rep 3:1897 google schola X. He / 2015 / Tunable terahertz graphene metamaterials / Carbon 82:229~237 google schola S. H. Lee / 2012 / Switching terahertz waves with gate-controlled active graphene metamaterials / Nat. Mater 11:936~941 google schola

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